Apprendre l' �lectronique en Partant De Z�ro - Niveau 2

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Apprendre l' �lectronique en Partant De Z�ro - Niveau 2 Powered By Docstoc
					    Apprendre
l’électronique
 en partant de zéro

     Niveau 2
            Ce pictogramme mérite une explica-        des achats de livres et de revues,
            tion. Son objet est d’alerter le lec-     au point que la possibilité même,
            teur sur la menace que représente         pour les auteurs, de créer des
            pour l’avenir de l’écrit, particulière-   œ uvres nouvelles et de les faire
            ment dans le domaine de l’édition         éditer correctement est aujourd’hui
            technique et universitaire, le dévelop-   menacée.
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            rieur, provoquant une baisse brutale      suivants du Code pénal.




La loi du 11 mars 1957 n’autorisant, aux termes des alinéas 2 et 3 de l’article 41, d’une part,
que les «copies ou reproductions strictement réservées à l’usage privé du copiste et non destinées
à une utilisation collective», et, d’autre part, que les analyses et les courtes citations dans un but
d’exemple et d’illustration, «toute reproduction intégrale ou partielle, faite sans le consentement
de l’auteur ou de ses ayants droit ou ayants cause, est illicite» (alinéa 1er de l’article 40).Cette
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sanctionnée par les articles 425 et suivants du Code pénal.
        Apprendre
l’électronique
 en partant de zéro

          Niveau 2



       Cet ouvrage est une compilation
  du Cours d’Électronique en Partant de Zéro
  parus dans les numéros 29 à 53 de la revue
     ELECTRONIQUE et Loisirs magazine.
                                                          Sommaire
Leçon n°29-1 : Niveau 2.                                                  Pour augmenter l’intensité en sortie
  • D ’une tension alternative à une tension continue stabilisée          Calculer la valeur de la R3
  • Redresser une tension alternative                                  • Les alimentations stabilisées variables
  • A quoi sert le condensateur électrolytique ?                       • Le circuit intégré LM317 comme stabilisateur de courant
  • Rappel                                                                Le courant en fonction de R1
  • La tension stabilisée                                                 Calculer la valeur de R1
  • Une diode zener comme stabilisateur                                   Pour obtenir plus de courant
     Exemples de calcul
     Les inconvénients de la diode zener                             Leçon n°30-3 :
  • Une diode zener et un transistor                                 LX.5030 : Alimentation double 5-9-12-15V sous 1,2A.
     Pour augmenter la sortie de 0,7 volt                              • La réalisation pratique
     La valeur de la résistance R1                                     • Le calibrage
     La tension sur l ’entrée collecteur
                                                                     Leçon n°31-1 : Les amplificateurs opérationnels.
Leçon n°29-2 : Les alimentations.                                      • Les broches d ’entrée “+” et “–”
  • Rendre plus stable la tension de sortie                            • Entrée avec le signe “+”
  • Concevoir une alimentation                                         • Entrée avec le signe “–”
     Calcul de la résistance                                           • Alimentation unique
     Calcul de la résistance R2                                        • Entrée avec le signe “–” avec une alimentation unique
     Calcul de la résistance R4                                        • Les avantages d ’un opérationnel
     Calcul de la résistance R3                                           Gain
  • Une alimentation avec amplificateur Darlington                        Haute impédance d ’entrée
     Calcul de la résistance R1                                           Basse impédance de sortie
     Calcul de la résistance R2                                           Large bande passante
     Calcul de la résistance R4                                        • Liste des composants de l ’alimentation double LX.5030
     Calcul de la résistance R3
     Les valeurs des résistances R4 et R3                            Leçon n°31-2 : Les amplificateurs opérationnels (suite).
  • Un opérationnel en substitution de TR2                             • Préamplificateur en courant continu,
     Calcul de la résistance R1                                          alimenté par une tension double,
     Calcul de la résistance R4                                          utilisant l ’entrée non inverseuse
     Calcul de la résistance R3                                        • Préamplificateur en courant continu,
     Les valeurs des résistances R4 et R3                                alimenté par une tension unique,
  • L ’amplificateur opérationnel                                        utilisant l ’entrée non inverseuse
  • La protection contre les courts-circuits                           • Préamplificateur en courant continu,
                                                                         alimenté par une tension double,
Leçon n°29-3 : LX.5029 : Alimentation de 5V à 22V - 2A.                  utilisant l ’entrée inverseuse
  • La réalisation pratique                                            • Préamplificateur en courant continu,
  • Liste des composants                                                 alimenté par une tension unique,
  • Important                                                            utilisant l ’entrée inverseuse
                                                                       • Préamplificateur en courant alternatif,
Leçon n°30-1 : Les alimentations (suite).                                alimenté par une tension double,
  • Les circuits intégrés stabilisateurs fixes de tension                utilisant l ’entrée non inverseuse
     Tableau 1 : Régulateurs intégrés positifs série 78xx              • Préamplificateur en courant alternatif,
     Tableau 2 : Régulateurs intégrés négatifs série 79xx                alimenté par une tension unique,
     Tableau 3 : Régulateurs intégrés positifs série 78Lxx               utilisant l ’entrée non inverseuse
     Tableau 4 : Régulateurs intégrés négatifs série 79Lxx             • Préamplificateur en courant alternatif,
     La tension d ’entrée                                                alimenté par une tension double,
     La tolérance sur les tensions de sortie                             utilisant l ’entrée inverseuse
     Le condensateur d ’entrée et de sortie                            • Préamplificateur en courant alternatif,
     Pour augmenter la tension de sortie                                 alimenté par une tension unique, utilisant l ’entrée inverseuse
     Pour augmenter l ’intensité en sortie                             • Les avantages d ’un amplificateur double en courant alternatif
     Calculer la valeur de la R1                                       • La bande passante
     De la théorie à la pratique                                       • La limitation du gain
     Protection contre les courts-circuits                             • Gain et bande passante
                                                                       • Deux opérationnels en série avec entrée non inverseuse
Leçon n°30-2 : Les alimentations (suite).                              • Deux opérationnels en série avec entrée inverseuse
  • Circuits intégrés pour tensions variables                          • Pour éviter des auto-oscillations
     Tension maximale entrée/sortie
     Tension Sortie minimale                                         Leçon n°31-3 :
     Courant sortie maximal                                          EN5031 et EN5032 : Deux générateurs de signaux BF.
     Puissance maximale                                                • Le générateur de signaux triangulaires EN5031
  • Les alimentations à tensions fixes avec un régulateur variable     • Liste des composants EN5031
     Valeur de la résistance R1                                        • La réalisation pratique du générateur de signaux triangulaires
     Calcul de la résistance R2                                        • Le générateur de signaux sinusoïdaux EN5032
     Les fonctions des diodes DS1 et DS2                               • Liste des composants EN5032
  • La valeur des condensateurs électrolytiques                        • La réalisation pratique du générateur de signaux sinusoïdaux
Leçon n°31-4 : EN5033 : Capacimètre pour multimètre.              Exemple de calcul de la résistance
  • Le principe de fonctionnement                              • Filtres passe-haut de 1er ordre
     La première condition                                        Exemple de calcul de la fréquence
     La deuxième condition                                        Exemple de calcul de la capacité du condensateur
     Un bon croquis vaut mieux …                                  Exemple de calcul de la résistance
  • Liste des composants EN5033                                • Filtres passe-bande avec un amplificateur opérationnel
  • Le schéma électrique                                          Exemple de calcul
  • La réalisation pratique                                    • Filtres passe-bande avec deux amplificateurs opérationnels
  • Le réglage du capacimètre                                     Exemple de calcul
  • Pour conclure                                              • Filtres passe-bande très larges

Leçon n°32-1 :                                               Leçon n°33-2 :
Les amplificateurs opérationnels :                           Les amplificateurs opérationnels : Les filtres (2).
Shémathèque commentée (1).                                     • Filtres “notch ” de 1er ordre
  • Les schémas électriques de circuits à ampli op                Exemple de calcul de la fréquence
  • Préamplificateur BF utilisant l ’entrée non-inverseuse        Exemple de calcul de la capacité
  • Préamplificateur BF utilisant l ’entrée inverseuse            Exemple de calcul de la résistance
  • Mélangeur de signaux BF                                    • Filtres de deuxième ordre
  • Amplificateur différentiel                                 • Filtres passe-bas de deuxième ordre
  • Comparateurs de tensions                                   • Filtres passe-haut de deuxième ordre
  • Comparateurs à fenêtre                                     • Filtres “notch ” de deuxième ordre
  • Variante du comparateur à fenêtre                          • Filtres d ’ordre supérieur
  • Trigger de schmitt alimenté par une tension double         • Filtres passe-bas de troisième ordre
  • Trigger de schmitt alimenté par une tension unique         • Filtres passe-haut de troisième ordre
  • Trigger de schmitt avec seuil réglable                     • Filtre passe-bas de quatrième ordre
                                                               • Filtre passe-haut de quatrième ordre
Leçon n°32-2 :                                                 • Pour conclure
Les amplificateurs opérationnels :
Shémathèque commentée (2).                                   Leçon n°34-1 : Quid des dB (1).
  • Générateur de courant constant alimenté                    • Calculer les dB quand on connaît le rapport d ’une tension
    par une tension double                                     • Calculer le gain en tension
  • Générateur de courant constant alimenté                      quand on connaît seulement la valeur en dB
    par une tension unique                                     • Calculer les dB quand on connaît le rapport d ’une puissance
  • Générateur d ’ondes sinusoïdales alimenté                  • Calculer le gain en puissance
    par une tension double                                       quand on connaît seulement la valeur en dB
  • Générateur d ’ondes sinusoïdales alimenté                  • Convertir un rapport de tension en puissance et vice-versa
    par une tension unique                                     • Les dB utilisés comme gain ou bien comme atténuation
  • Générateur d ’ondes carrées alimenté                       • Gain d ’une antenne en réception
    par une tension double                                     • Gain d ’une antenne en émission
  • Générateur d ’ondes carrées alimenté
    par une tension unique                                   Leçon n°34-2 : Quid des dB (2).
  • Calculer la valeur de la fréquence                         • Gain en puissance d ’un transistor HF
  • Générateur d ’ondes triangulaires alimenté                 • Gain en puissance d ’un étage final Hi-Fi
    par une tension unique                                     • Calcul de l ’atténuation des filtres “crossover”
  • Générateur d ’ondes en dents de scie alimenté                pour enceintes acoustiques
    par une tension double                                     • Comment lire les dB d ’un Vu-mètre
  • Générateur d ’ondes en dents de scie alimenté              • L ’atténuation des câbles coaxiaux de télévision
    par une tension unique                                     • Conclusion
  • Redresseurs de signaux alternatifs                         • Table des décibels de 0 dB à 35,0 dB
  • Redresseur idéal alimenté par une tension double           • Table des décibels de 35,1 dB à 70,0 dB
  • Redresseur idéal alimenté par une tension unique
                                                             Leçon n°35-1 : Les diviseurs : La théorie.
Le cours d’électronique et ses formules.                       • Le diviseur programmable 4040
  • A propos de notre façon d ’écrire les formules             • Programmer une division
  • Nos formules sont exactes !                                • Pour obtenir une impulsion par minute
                                                               • Une heure est composée de 60 minutes
Leçon n°33-1 :                                                 • Une journée est composée de 24 heures
Les amplificateurs opérationnels : Les filtres (1).            • Un coup d ’œil sur la suite
  • Filtres passe-bas, passe-haut, passe-bande et “notch ”
     Atténuation en dB par octave                            Leçon n°35-2 : Les diviseurs : Mise en pratique.
     Ce que signifie octave                                    • Le schéma électrique de l ’horloge
     Filtre passe-bas                                             Conclusion théorique
     Filtre passe-haut                                         • La réalisation pratique de l ’horloge
     Filtre passe-bande                                           Avertissement pratique
     Filtre “notch ”                                              Le montage proprement dit
  • Filtre passe-bande de 1er ordre                            • Le montage dans le boîtier
     Exemple de calcul de la fréquence                         • Les essais et la mise à l ’heure
     Exemple de calcul de la capacité                             Conclusion pratique
Leçon n°36-1 : Les oscillateurs HF : La théorie.
  • L ’étage oscillateur HF
  • Le choix du transistor oscillateur
  • La fréquence d ’émission
  • L ’inductance d ’une self et la capacité d ’un condensateur
  • Les secrets des oscillateurs
  • Les schémas de VFO

Leçon n°36-2 : Les oscillateurs HF : Mise en pratique.
  • Essayons de concevoir un VFO
  • La sonde de charge
  • Le microphone HF FM 88 à 108 MHz
  • Liste des composants EN5037
  • Liste des composants EN5036
  • Le schéma électrique de l ’émetteur
  • La réalisation pratique de l ’émetteur
  • L ’antenne
  • Pour s ’accorder sur une fréquence
  • Les formules pour fabriquer les selfs
     1er exemple de calcul
     2e exemple de calcul
     3e exemple de calcul
  • Conclusion

Leçon n°37-1 : Les oscillateurs HF à quartz : Première partie.
  • Quartz avec 1 -3 -5 lames
  • Quartz en fondamentale
  • Quartz “overtone ” de troisième harmonique
  • Quartz “overtone ” de cinquième harmonique
  • La fréquence marquée sur le boîtier
  • Les onze règles d ’un oscillateur à quartz
  • De la théorie à la pratique
  • Calcul de la valeur d ’inductance
  • Calcul de la fréquence d ’accord
  • Calcul de la capacité
  • Liste des composants EN5038
  • Conclusion et à suivre

Leçon n°37-2 :
Les oscillateurs HF à quartz : Deuxième partie.
  • Les réglages de l ’oscillateur à quartz
  • La self de 10 µH avec le quartz de 8,867 MHz
  • La self de 10 µH avec le quartz de 13,875 MHz
  • La self de 10 µH avec le quartz de 26 à 27 MHz
  • La self de 4,7 µH avec le quartz de 8,867 MHz
  • La self de 4,7 µH avec le quartz de 13,875 MHz
  • La self de 4,7 µH avec le quartz de 26 à 27 MHz
  • La self de 1 µH avec le quartz de 8,867 MHz
  • La self de 1 µH avec le quartz de 26 à 27 MHz
  • Le contrôle de la puissance
  • Liste des composants EN5037
  • La sonde de charge est menteuse

Leçon n°37-3 :
Les oscillateurs HF à quartz : Troisième partie :
La résonnance série et parallèle d’un quartz.
  • Le schéma équivalent d’un quartz
  • Fréquence du quartz, Résonance parallèle, Résonance série
  • Fréquence du quartz, Résonance série, Résonance parallèle
  • Le schéma électrique
  • La réalisation pratique
  • L’utilisation de l’appareil
  • Quartz à résonance parallèle
  • Quartz à résonance série
  • Et les quartz “ overtone” ?
  • Liste des composants
        -1
                                                               LE COURS
      29
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                                                   Apprendre
                                                   Apprendre
                ’électronique
               l’électronique
                                partant     zé
                             en par tant de zéro


      D’une tension
      alternative                                   Pour alimenter un circuit électronique à l’aide de la tension alter-
                                                    native du secteur 220 volts mais sous une tension continue de 9,
      à une tension                                 12, 18 ou 24 volts, nombreux sont ceux qui pensent qu’il suffit
      continue stabilisée                           d’utiliser n’importe lequel des circuits d’alimentation stabilisée
                                                    régulièrement publiés dans certaines revues spécialisées.
      Les transistors à jonctions, les tran-
      sistors à effet de champs (FET) et les
      circuits intégrés que l’on trouve dans        Malheureusement, toutes les alimentations ne conviennent pas
      les appareils électroniques fonction-         toujours pour alimenter n’importe quel circuit. Si, dans l’amplifica-
      nent uniquement s’ils sont alimentés          teur basse fréquence que vous venez de réaliser, vous remarquez
      à l’aide d’une tension continue.              un bruit de fond généré par les résidus mal filtrés de la tension
                                                    alternative, ou bien, si la tension d’alimentation ne reste pas sta-
      L’utilisateur d’une radio ou d’un télé-       ble en charge lorsque vous poussez un peu le volume, cela signifie
      phone portable sait que pour les faire        que l’alimentation choisie a été mal conçue.
      fonctionner, il faut y insérer une pile et
      qu’une fois que celle-ci se sera com-         Dans cette leçon, nous allons vous expliquer le fonctionnement
      plètement déchargée, il faudra la rem-
                                                    d’une alimentation stabilisée. D’ores et déjà, nous pouvons vous
      placer par une nouvelle, à moins qu’il
      ne s’agisse d’une pile rechargeable
                                                    assurer qu’après avoir lu ces pages, vous serez capables de mon-
      (accumulateur ou accu).                       ter, avec une grande facilité, n’importe quelle alimentation.

      Les radios, les téléviseurs, les ampli-       Les formules que vous trouverez dans cette leçon, pour calculer les
      ficateurs ainsi que les ordinateurs que       résistances, les tensions et les courants, sont tellement simples
      l’on utilise chez soi, même reliés à          qu’il suffit de disposer d’une calculatrice de poche ordinaire pour
      la prise du secteur 220 volts alterna-        pouvoir les effectuer.
      tifs, sont également alimentés à l’aide
      d’une tension continue.                       Pour concrétiser ce que vous aurez appris, nous vous proposons
                                                    une alimentation stabilisée capable de fournir des tensions pou-
      Etant donné que les semi-conducteurs
                                                    vant varier de 5 à 22 volts, avec un courant maximal de 2 ampè-
      composant ces appareils fonctionnent
      à faibles tensions, de 5, 9, 12, 18 ou
                                                    res.
      30 volts, la première chose à faire est
      d’abaisser la tension des 220 volts
      jusqu’à la valeur de tension requise,        un transformateur muni d’un enroule-       50 hertz, pour la convertir en tension
      puis de convertir cette tension alter-       ment “primaire” à relier au secteur        continue, il faut la redresser par l’inter-
      native en tension par faitement conti-       220 volts et d’un enroulement “secon-      médiaire de diodes au silicium.
      nue.                                         daire”, servant à prélever la basse ten-
                                                   sion.
      Dans la leçon numéro 8 (ELM 8, page                                                     Redresser
      81 et suivantes) – que nous vous             Comme la basse tension fournie par         une tension alternative
      conseillons de relire – nous avons           ce secondaire est une tension alterna-
      expliqué que pour réduire une ten-           tive, et qu’elle a la même fréquence       Sur la figure 2, si on utilise une
      sion alternative, il suffisait d’utiliser    que le courant de secteur, c’est-à-dire    seule diode, sa cathode (K) dirigée


                                ELECTRONIQUE et Loisirs magazine      6    Cours d’Electronique – Deuxième niveau
                                                                       LE COURS

vers la sortie du secon-                                                                                             pulsée ne sera plus de 50 Hz
daire d’un transformateur,                                                                                           mais de 100 Hz.
lorsque la demi-alternance
positive atteint l’anode (A),                                                                                        Sur la figure 5, on voit qu’il
elle passe en direction de la                                                                                        est possible de redresser
cathode (K), tandis que lors-                                                                                        les deux demi-alternances à
                                                                        ANODE             CATHODE
que c’est la demi-alternance                                                                                         l’aide de seulement deux dio-
négative qui atteint l’anode                                                                                         des, à condition que le secon-
(A), elle est bloquée.                                                                                               daire du transformateur soit
                                                                                                                     muni d’un point milieu.
On trouvera donc en sortie
de la cathode (K) une ten-                                                                                           En effet, si la demi-alternance
sion pulsée avec une fré-                                                                                            positive se trouve sur le point
quence de 50 Hz, composée                                                                                            “A” et que la demi-alternance
uniquement de demi-alter-                                                                                            négative se trouve sur le point
nances positives intercalées                                                                                         “B”, la demi-alternance posi-
de la pause correspondant                                                                                            tive passera seulement à tra-
aux demi-alternances négati-                                                                                         vers la diode DS1.
ves (voir figure 2).
                                               Figure 1 : Représentation réelle et schématique d’une
                                               diode. Le côté de la diode sur lequel est prélevée                    Si la demi-alternance négative
Si on utilise quatre diodes                    la tension positive est appelé cathode (K). Dans la                   se trouve sur le point “A” et
sur le secondaire d’un trans-                  réalité, la cathode est repérée par une bague-détrompeur              que la demi-alternance posi-
formateur, on élimine la                       peinte sur le corps de la diode. Dans la représentation               tive se trouve sur le point
pause de la demi-alternance                    schématique, le signe “+” indique la cathode. Faute                   “B”, la demi-alternance posi-
négative.                                      de repère sur la représentation schématique, il existe                tive passera seulement à tra-
                                               un moyen mnémotechnique simple pour retrouver la
                                                                                                                     vers la diode DS2.
                                               cathode : la diode forme une lettre “K” à l’envers, la
En effet, lorsque la demi-                     barre verticale est la “K-thode”.
alternance positive se trouve                                                                                       Dans ce cas-là également,
sur le point “A” et que la                                                                                          les demi-alternances positi-
demi-alternance négative se trouve sur                     le point “B”, la tension alternative est        ves ayant été doublées, la fréquence
le point “B”, la tension alternative est                   redressée par les diodes DS1 et DS4             sera également doublée et passera de
redressée par les diodes DS2 et DS3                        (figure 4).                                     50 à 100 Hz.
(figure 3).
                                                           Les demi-alternances positives ayant            Pour les configurations représentées
Lorsque la demi-alternance négative                        été doublées, la fréquence que l’on             sur les figures 2 et 3, il suffit de choi-
se trouve sur le point “A” et que la                       prélèvera sur la sortie de ce pont sera         sir un transformateur muni d’un secon-
demi-alternance positive se trouve sur                     également doublée et donc la tension            daire capable de débiter 12 volts pour



                                     DS1                                                                                        + 12 V
                  T1
                                 A         K
                                                                                                                                0V

       SECTEUR         12 V
         220 V



                                                            Figure 2 : Si on applique une tension alternative sur l’anode d’une diode, on
                                                            prélèvera sur la cathode, les demi-alternances positives mais pas les demi-
                                                            alternances négatives. En effet, seule une tension positive peut traverser une
                                                            diode de l’anode vers la cathode. C’est pour cette raison que pendant le délai
                                                            occupé par les demi-alternances négatives, aucune tension ne sera présente sur
                                                            la cathode.



                                                                          DS2 DS4 DS2 DS4 DS2 DS4 DS2 DS4 DS2 DS4 DS2 DS4 DS2
                                                                                                                                 + 12 V
                  T1                            A
                                                                                                                                 0V
                                 DS1                 DS2

        SECTEUR
                        12 V
          220 V

                                 DS3                 DS4


                                                 B
                                                             Figure 3 : Si on relie 4 diodes au secondaire de T1, lorsque la demi-alternance
                                                             positive est sur le point ”A” et la demi-alternance négative est sur le point ”B”,
                                                             la diode DS2 laissera passer les demi-alternances positives sur sa cathode et la
                                                             diode DS3 laissera passer les demi-alternances négatives sur son anode.


                              ELECTRONIQUE et Loisirs magazine                7    Cours d’Electronique – Deuxième niveau
                                                                 LE COURS

                                                                     DS4 DS2 DS4 DS2 DS4 DS2 DS4 DS2 DS4 DS2 DS4 DS2 DS4
                                                                                                                           + 12 V
                   T1                      A
                                                                                                                           0V
                               DS1             DS2

         SECTEUR        12 V
           220 V

                               DS3             DS4
                                                           Figure 4 : Lorsque la demi-alternance négative est sur le point ”A” et la demi-
                                           B               alternance positive est sur le point ”B”, la diode DS4 laissera passer les
                                                           demi-alternances positives sur sa cathode et la diode DS1 laissera passer
                                                           les demi-alternances négatives sur son anode. Avec 4 diodes, on obtiendra
                                                           en sortie une double demi-alternance positive.



                                                                     DS1 DS2 DS1 DS2 DS1 DS2 DS1 DS2 DS1 DS2 DS1 DS2 DS1
                                                                                                                           + 12 V
                                     DS1
                   T1
                                A                                                                                          0V
                        12 V

         SECTEUR
           220 V

                        12 V
                                B                          Figure 5 : Pour redresser les deux demi-alternances avec seulement
                                                           deux diodes, il faut un transformateur équipé d’un secondaire muni d’un
                                     DS2                   point milieu capable de débiter une tension double de la tension requise.
                                                           Donc, pour obtenir une tension de 12 volts, il est nécessaire d’avoir un
                                                           transformateur de 12 + 12 volts.


obtenir en sortie une tension redres-                lorsque la diode est conductrice et qui         somme 0,1 ampère à l’aide du circuit
sée de 12 volts. Pour la configuration               permet d’alimenter le circuit lorsque la        de la figure 2, il nous faut une capacité
représentée sur la figure 5, et pour                 diode ne l’est plus, ou bien lorsque la         minimale de :
obtenir une tension redressée de 12                  demi-alternance positive commence à
volts en sortie, il faut choisir un trans-           descendre vers 0 volt (voir les figures             40 000 : (9 : 0,1) = 444 microfarads
formateur muni d’un secondaire de 24                 6 et 7).
volts avec point milieu sur lequel pré-                                                              Comme cette valeur n’est pas une
lever la tension négative.                           Il est bien évident que ce condensateur         valeur standard, on utilisera 470 micro-
                                                     électrolytique devra avoir une capacité         farads ou, mieux encore, 1 000 micro-
                                                     plus que suffisante pour alimenter le           farads, pour avoir une “pile” disposant
A quoi sert                                          circuit pendant toute la période où la          d’une réserve de tension supérieure à
le condensateur                                      diode n’est pas conductrice.                    celle requise.
électrolytique ?
                                                     La capacité de ce condensateur, expri-          Si on alimente cette même radio à
Si on redresse une tension alterna-                  mée en microfarads (µF), varie en fonc-         l’aide des circuits redresseurs repro-
tive de 12 volts, on obtient en sortie               tion du type de configuration utilisée          duits sur les figures 3 et 5, il nous faut
d’une diode ou d’un pont redresseur                  pour redresser la tension alternative,          une capacité minimale de :
une tension pulsée qui, de 0 volt,                   c’est-à-dire demi-alternance ou double
passe à sa valeur positive maximale                  demi-alternance, de la valeur de la ten-            20 000 : (9 : 0,1) = 222 microfarads
puis redescend à 0 volt pour remon-                  sion redressée et du courant que le cir-
ter à nouveau vers le positif, avec                  cuit à alimenter consomme.                      Comme cette valeur n’est pas une
une fréquence de 50 ou 100 Hz (voir                                                                  valeur standard, on utilisera 330 micro-
les figures 2 et 3), c’est-à-dire qu’il              Les formules qui servent à calculer la          farads ou, mieux encore, 470 microfa-
monte et descend 50 ou 100 fois en                   valeur de capacité minimale à utiliser          rads.
1 seconde.                                           sont simples :
                                                                                                     Si l’on doit alimenter un amplificateur
Si on applique cette tension pulsée à                Redresseurs simple alternance (voir la          qui requiert une tension de 24 volts
n’importe quel appareil électronique,                figure2) :                                      et qui consomme 1,2 ampère lorsqu’il
il ne pourra pas fonctionner car il a                                                                est à sa puissance maximale, à l’aide
besoin d’une tension continue.                         microfarad = 40 000 : (volt : ampère)         du circuit redresseur de la figure 2, on
                                                                                                     aura besoin d’une capacité qui ne soit
Pour transformer une tension pulsée                  Redresseurs demi-alternance (voir les           pas inférieure à :
en tension continue, il faut appliquer               figures 3 et 5)
un condensateur électrolytique sur la                                                                  40 000 : (24 : 1,2) = 2 000 microfarads
sortie de la diode ou du pont redres-                  microfarad = 20 000 : (volt : ampère)
seur. On peut comparer ce condensa-                                                                  Si on alimentait ce même amplifica-
teur électrolytique à une pile rechar-               Donc, si on alimente une radio qui              teur à l’aide des circuits redresseurs
geable qui emmagasine de la tension                  fonctionne sous 9 volts et qui con-             représentés sur les figures 3 et 5, il

                         ELECTRONIQUE et Loisirs magazine               8    Cours d’Electronique – Deuxième niveau
                                                                     LE COURS

                                       DS1



                                                                                                        12 V
             SECTEUR                                                                   SECTEUR
               220 V
                                12 V         C1    15,93 V                               220 V
                                                                                                                     RS1


                                                                                                                                  C1       14,94 V


             TENSION FOURNIE PAR LE CONDENSATEUR ÉLECTROLYTIQUE                             TENSION FOURNIE PAR LE CONDENSATEUR ÉLECTROLYTIQUE




 Figure 6 : Les demi-alternances positives récupérées sur                        Figure 7 : Si on utilise 4 diodes pour redresser la
 la cathode de la diode, permettront, en plus d’alimenter                        tension alternative, entre la demi-alternance positive et
 le circuit, de charger le condensateur électrolytique C1.                       la suivante, on n’aura plus la pause de la demi-alternance
 Lorsque la diode n’est pas conductrice en raison de la                          négative, comme on peut le voir sur la figure 6. Le
 présence des demi-alternances négatives, c’est alors le                         condensateur électrolytique devra fournir une tension au
 condensateur électrolytique C1 qui fournit au circuit la                        circuit que l’on alimente pendant un délai inférieur, il
 tension qu’il a emmagasinée durant les demi-alternances                         aura une capacité deux fois moindre que celle du circuit
 positives.                                                                      représenté sur la figure 6.
 La tension continue qui se trouve sur les broches du                            La tension continue qui se trouve sur les broches du
 condensateur électrolytique est alors de :                                      condensateur électrolytique sera alors de :
 (volts alternatifs – 0,7) x 1,41                                                (volts alternatifs – 1,4) x 1,41



nous faudrait alors une capacité d’au                 Pour redresser une tension alterna-               Si on utilise un circuit redresseur dou-
moins :                                               tive de 30 volts, il faut une diode ou            ble demi-alternance (voir les figures 3
                                                      un pont redresseur avec une tension               et 5), on devra choisir une diode capa-
 20 000 : (24 : 1,2) = 1 000 microfarads              de travail d’au moins 50 volts, parce             ble de débiter au moins 20 % de cou-
                                                      qu’une tension alternative de 30 volts            rant en plus de celui requis. Ainsi, si le
                                                      correspond à une tension crête de :               circuit consomme 1 ampère, on devra
Rappel                                                                                                  choisir une diode de 1,2 ampère.
                                                                  30 x 1,41 = 42,3 volts
Comme vous avez pu le remarquer,                                                                        La même règle s’applique concernant
plus le circuit à alimenter consomme                  Si vous achetez des diodes de 50                  le courant que doit débiter le secon-
de courant, plus la capacité du conden-               volts, vous pourrez les utiliser pour             daire du transformateur d’alimenta-
sateur électrolytique doit être impor-                redresser des tensions de 5, 12, 20 et            tion.
tante. Dans le cas contraire, le con-                 35 volts, mais pas des tensions alter-
densateur électrolytique se décharge                  natives de 40 ou de 50 volts.                     Donc, en ayant un circuit qui con-
avant que la demi-alternance positive                                                                   somme 1 ampère et si vous ne redres-
de recharge n’arrive de la diode.                     Si vous achetez des diodes de 100                 sez qu’une seule demi-alternance (voir
                                                      volts, vous pourrez les utiliser pour             figure 2), vous devrez choisir un trans-
Lorsque vous achèterez des condensa-                  redresser des tensions de 5, 12, 35 et            formateur qui débite au moins 1,5
teurs électrolytiques, outre la valeur de             70 volts, mais pas des tensions alter-            ampère, tandis que si vous redressez
leur capacité en microfarads, on vous                 natives de 80 ou de 90 volts.                     les deux demi-alternances (voir les figu-
demandera toujours leur tension de tra-                                                                 res 3 et 5), vous devrez choisir un
vail.                                                 Pour alimenter un circuit qui consomme            transformateur qui débite au moins 1,2
                                                      un courant de 1 ampère, vous ne devrez            ampère.
Si vous avez un circuit qui travaille avec            pas choisir des diodes ou des ponts
une tension continue de 25 volts, il                  redresseurs de 1 ampère exactement.
sera toujours préférable de choisir un                Si on veut pouvoir charger le conden-             La tension stabilisée
condensateur électrolytique avec une                  sateur électrolytique, il faut disposer
tension supérieure, par exemple, 35 ou                d’une valeur de courant supérieure.               Si on mesure, à l’aide d’un multimè-
50 volts.                                                                                               tre, la valeur de la tension alterna-
                                                      Si on utilise un circuit redresseur               tive débitée par le secondaire d’un
Même lorsque vous achèterez des dio-                  demi-alternance (voir figure 2), on               transformateur et qu’on la mesure à
des ou des ponts redresseurs, on                      devra choisir une diode capable de                nouveau après l’avoir redressée et
vous demandera toujours, outre la                     débiter au moins 50 % de courant en               stabilisée avec le condensateur élec-
valeur de la tension à redresser, le                  plus de celui requis. Ainsi, si le circuit        trolytique, on obtiendra une tension
courant (en ampères) que ces compo-                   consomme 1 ampère, on devra choisir               continue supérieure à la valeur de la
sants devront débiter.                                une diode de 1,5 ampère.                          tension alternative.

                            ELECTRONIQUE et Loisirs magazine                9    Cours d’Electronique – Deuxième niveau
                                                           LE COURS


                                                 14,94 V                                                             14,94 V
                                                                                                                     13,00 V



                                                 0V                                                                  0V



 Figure 8 : Si la capacité du condensateur électrolytique            Figure 9 : Si la capacité du condensateur électrolytique
 est celle requise, dans le laps de temps compris entre les          est insuffisante, on obtiendra une tension continue peu
 deux demi-alternances positives, on obtiendra une tension           stable, qui pourra passer de sa valeur maximale à une
 continue relativement stable.                                       valeur inférieure de quelques volts.



Dans la leçon numéro 8 (voir figure         Les valeurs de tension reportées ci-         diode zener une tension supérieure à
244), nous vous avons expliqué que le       dessus seront prélevées sans charge,         la tension à stabiliser. Il ne faut pas
multimètre mesure les volts efficaces       parce que plus le circuit que l’on ali-      omettre la résistance de limitation à
de la tension alternative, mais que le      mente consomme de courant, plus la           relier, en série, à la diode.
condensateur électrolytique se charge       tension diminue.
toujours sur la valeur de la tension                                                     Si on relie directement la tension à sta-
crête atteinte par la demi-alternance       En effet, toutes les alimentations           biliser à la diode zener sans aucune
positive.                                   munies d’une diode ou d’un pont              résistance, elle s’autodétruira après
                                            redresseur fournissent une tension           seulement quelques secondes de fonc-
La tension continue disponible aux bor-     continue en sortie qui varie en fonction     tionnement.
nes du condensateur est donc toujours       de la charge ainsi que de la fluctuation
1,41 fois supérieure par rappor t à la      de la tension de secteur 220 volts qui,      La valeur de cette résistance de chute
tension efficace.                           comme on le sait, peut se situer entre       ne doit pas être choisie au hasard,
                                            210 et 230 volts.                            mais calculé en fonction de la tension
Il faut signaler que toutes les diodes                                                   qui sera appliquée sur son entrée et du
de redressement provoquent une chute        Pour pouvoir alimenter un circuit avec       courant que le circuit à alimenter con-
de tension de 0,7 volt environ, ce qui      une tension qui ne subisse ni les varia-     somme.
implique que la valeur de la tension qui    tions de charge ni les fluctuations de
se trouve sur le condensateur électro-      la tension du courant de secteur, on         La formule pour calculer la valeur ohmi-
lytique restera légèrement inférieure.      devra nécessairement la stabiliser.          que de cette résistance est très sim-
                                                                                         ple :
Si l’on redresse une tension alternative
de 12 volts avec le circuit de la figure    Une diode zener                                ohm = (Vin – Vz) : (mAz + mA) x 1 000
2 à une seule diode, on obtiendra une       comme stabilisateur
tension continue de :                                                                    où
                                            Le système le plus simple et le plus
 (12 – 0,7) x 1,41 = 15,93 volts continus   économique pour stabiliser une ten-          ohm     = est la valeur de la résis-
                                            sion continue est d’utiliser une diode                 tance,
Si l’on redresse une tension alterna-       zener (figure 10).
tive de 12 volts avec le circuit à pont                                                  Vin     = est la valeur de la tension
redresseur de la figure 3, qui utilise      Ces diodes, qui sont de mêmes dimen-                   que l’on appliquera sur
4 diodes, la chute de tension ne sera       sions que les diodes de redresse-                      la résistance de la diode
pas de :                                    ment (voir figure 1), se distinguent par               zener,
                                            leur valeur de tension gravée sur leur
           0,7 x 4 = 2,8 volts              corps.                                       Vz      = est la valeur de la tension
                                                                                                   reportée sur le corps de
Parce que les deux couples de diodes        Si la valeur indiquée sur son corps est                la diode zener, c’est-à-dire
ne sont pas actifs simultanément mais       5,1, cela signifie que la diode zener                  celle de stabilisation,
fonctionnent alternativement. DS2 et        stabilise n’importe quelle tension appli-
DS3 tout d’abord puis, ensuite, DS1 et      quée sur son entrée sur une valeur fixe      mAz     = est la valeur du courant qu’il
DS4 pour revenir à DS2 et DS3 et ainsi      de 5,1 volts.                                          est nécessaire de faire pas-
de suite. La chute de tension est donc                                                             ser dans la diode zener,
de seulement :                              Si la valeur indiquée sur son corps est
                                            12, cela signifie que la diode zener sta-    mA      = est la valeur du courant que
            0,7 x 2 = 1,4 volt              bilise n’importe quelle tension appli-                 le circuit à alimenter con-
                                            quée sur son entrée sur une valeur fixe                somme avec la tension sta-
ce qui donnera une tension continue         de 12 volts.                                           bilisée,
de :
                                            Pour qu’elle puisse remplir son rôle         1 000 = est un nombre fixe que
 (12 – 1,4) x 1,41 = 14,94 volts continus   de stabilisateur, il faut appliquer sur la           l’on devra utiliser parce


                          ELECTRONIQUE et Loisirs magazine     10   Cours d’Electronique – Deuxième niveau
                                                              LE COURS

           que le courant                                                                                    [(14 – 9,1) : 180] x 1 000
           mAz et mA est                                                                                         = 27 milliampères
           exprimé en mil-
           liampère au lieu                                                                               Etant donné que le circuit
           d’être exprimé en                                              12 V                            consomme 10 mA, le cou-
           ampère.                                                                                        rant qui parcourt la diode
                                                                ANODE             CATHODE                 zener est donc un courant
La valeur “mAz”, c’est-à-                                                                                 de seulement :
dire le courant qu’il est
nécessaire de faire parcou-                                                                                  27 – 10 = 17 milliampères
rir dans la diode zener pour
pouvoir stabiliser une ten-                                                                               Exemple 2 :
sion, varie en fonction de sa                                                                             Nous devons alimenter un
puissance.                                                                                                circuit avec une tension sta-
                                                                                                          bilisée de 12 volts et nous
Pour les diodes zener de                                                                                  avons à notre disposition
1/2 watt, on pourra choisir                                                                               une tension de 22 volts.
un courant maximal de 20
mA. En fait, on choisit tou-         Figure 10 : Ce qui a été dit pour la figure 1 est tout à fait      Sachant que le circuit que
                                     valable pour la diode zener. La seule différence se situe
jours un courant inférieur,          dans sa représentation schématique où un petit appendice           nous voulons alimenter con-
c’est-à-dire 12, 8 ou 6 mA.          a été ajouté en bout de la barre du “K” à l’envers pour la         somme un courant de
                                     distinguer d’une diode normale.                                    18 mA, nous désirons con-
Pour les diodes zener de 1                                                                              naître la valeur en ohms de
watt, on pourra choisir un                                                                              la résistance à appliquer en
courant maximal de 30 mA. En fait,                diode, nous devrions utiliser cette for-   série à la diode zener (voir figure 11).
on choisit toujours un courant inférieur,         mule :
c’est-à-dire 20, 15 ou 8 mA.                                                                 Solution :
                                                   ohm = [(Vin – Vz) : (mAz + mA)] x 1 000   En admettant que nous trouvions une
                                                                                             diode zener de 12 volts 1 watt, nous
Exemples de calcul
                                                  En y insérant les données que nous         pourrions la faire traverser par un cou-
Exemple 1 :                                       possédons, nous obtiendrons :              rant d’environ 20 mA.
Nous avons une tension de 14 volts
que nous voulons stabiliser à 9 volts                  [(14 – 9,1) : (14 + 10)] x 1 000      En utilisant la formule que nous con-
pour pouvoir alimenter une radio.                                = 204 ohms                  naissons déjà, nous pourrions calculer
                                                                                             la valeur de R1 :
Sachant que le circuit consomme                   Etant donné que cette valeur ohmique
10 mA, nous voudrions connaître la                n’est pas une valeur standard, on choi-            [(22 – 12) : (20 + 18)] x 1 000
valeur de la résistance R1 à appliquer            sira la valeur standard la plus proche,                     = 263 ohms
sur la diode zener (voir figure 11).              c’est-à-dire 180 ohms ou 220 ohms.
                                                  En admettant que l’on choisisse 180        Etant donné que cette valeur ohmique
Solution :                                        ohms, si nous voulons connaître le         n’est pas une valeur standard, nous
Dans un premier temps, nous cher-                 courant qui parcourt la diode zener,       choisirons la valeur standard la plus
chons une diode zener de 9 volts. Ne              nous pourrons utiliser la formule :        proche, c’est-à-dire 270 ohms.
l’ayant pas trouvée, nous utilisons une
diode zener de 9,1 volts.                           mA total = [(Vin – Vz) : ohm] x 1 000    En admettant que nous choisissions
                                                                                             cette valeur de 270 ohms, la résis-
En admettant que nous voulions faire              Et nous obtiendrons alors un courant       tance sera alors parcourue par un cou-
débiter un courant de 14 mA sur cette             total de :                                 rant total de :




                        R1                    mA


                                                                                  Vin - Vz
                                            DZ1                           R1 =             x 1 000
             Vin                Vz                                               mAz + mA
                                         mAz




 Figure 11 : Pour stabiliser une tension continue à l’aide d’une diode zener, il faut toujours appliquer une résistance de limitation
 sur sa cathode. La valeur de cette résistance de chute doit être calculée en fonction de la tension que l’on appliquera sur
 son entrée (Vin) moins la tension de la diode zener (Vz), le tout divisé par la valeur du courant débité par la diode (mAz) plus
 celle du courant absorbé par le circuit (mA) comme expliqué dans le texte.


                         ELECTRONIQUE et Loisirs magazine            11   Cours d’Electronique – Deuxième niveau
                                                                   LE COURS

                                     TR1                  11,3 V
             Vin
                                 C         E         Vu

                      R1
                                                                                  Vin - Vu - 0,7
                                     B     12 V                            R1 =                    x 1 000
                                                                                     Ib + 8
                    DZ1                    C1
                    12 V




 Figure 12 : Pour alimenter des circuits qui consomment des courants importants, il est préférable d’utiliser un transistor de
 puissance (TR1) et d’insérer la diode zener dans sa base. On obtiendra en sortie du transistor une tension inférieure à 0,7
 volt par rapport à celle fournie par la diode zener.


        [(22 – 12) : 270] x 1 000                 posant électronique, ont une tolérance            volt en passant de la base à l’émet-
            = 37 milliampères                     spécifique à chacune. Ne vous éton-               teur du transistor. Donc, si on place
                                                  nez donc pas si une diode zener don-              une diode zener de 5,1 volts dans la
Comme le circuit consomme 18 mA, la               née pour 5,1 volts stabilise la tension           base du transistor, on prélèvera sur
diode zener sera donc parcourue par               sur une valeur inférieure, c’est-à-dire           son émetteur une tension stabilisée de
un courant de seulement :                         4,8 ou 4,9 volts, ou bien sur une                 seulement :
                                                  valeur supérieure, c’est-à-dire 5,2 ou
        37 – 18 = 19 milliampères                 5,4 volts.                                                    5,1 – 0,7 = 4,4 volts

Pour connaître la puissance de la résis-          C’est la raison pour laquelle il est nor-         Si on place une diode zener de 12
tance à appliquer sur la diode zener,             mal qu’une diode zener de 12 volts                volts dans la base du transistor, on
nous pourrons utiliser cette formule :            stabilise une tension sur une valeur de           prélèvera sur son émetteur une tension
                                                  11,4 volts ou de 12,6 volts.                      stabilisée de seulement :
                 watt =
 [ohm x (mA tot. x mA tot.)] : 1 000 000                                                                        12 – 0,7 = 11,3 volts
                                                  Une diode zener
Comme le courant total est de 37 mA,              et un transistor                                  Pour augmenter la sortie de 0,7 volt
nous devrons utiliser une résistance
de :                                              Pour alimenter des circuits qui consom-           Pour compenser la chute de tension
                                                  ment des courants supérieurs à 0,1                dans le transistor, on devrait placer
[270 x (37 x 37)] : 1 000 000 = 0,37 watt         ampère, il est préférable d’utiliser le           dans la base une diode zener prévue
                                                  circuit représenté sur la figure 12, qui          pour une tension supérieure de 0,7 volt
c’est-à-dire une résistance de 1/2 watt           utilise une diode zener ainsi qu’un tran-         par rapport à celle requise en sortie.
puisqu’un demi-watt correspond à                  sistor de puissance (voir TR1).                   Puisqu’on ne trouvera jamais de diode
0,5 watt.                                                                                           zener de 9,7 volts ou de 12,7 volts,
                                                  Si on place une diode zener dans la               pour pouvoir augmenter de 0,7 volt la
                                                  base d’un transistor NPN, on réalisera            tension qu’elle stabilise, il suffit de lui
Les inconvénients
                                                  un stabilisateur de tension capable               relier en série une diode au silicium
de la diode zener
                                                  d’alimenter un quelconque circuit pou-            normale (voir figure 13).
Les diodes zener peuvent être utilisées           vant consommer jusqu’à un maximum
pour alimenter des circuits qui consom-           de 2 ampères.                                     Comme vous le savez certainement
ment des courants de quelques dizai-                                                                déjà, toutes les diodes au silicium
nes de milliampères seulement.                    Il est bien évident que le transistor             provoquent une chute de tension de
                                                  que l’on utilisera dans cette alimenta-           0,7 volt.
En outre, il ne faut pas oublier que si le        tion devra être capable de supporter
courant consommé varie, il faut chaque            un courant supérieur. Donc, si l’on a             C’est pour cela que si l’on relie en
fois recalculer la valeur ohmique de la           besoin d’un courant de 1 ampère, on               série une quelconque diode à une
résistance R1.                                    devra choisir un transistor capable de            diode zener de 12 volts, on retrouvera
                                                  débiter au moins 2 ampères.                       sur la base du transistor une tension
En réduisant la valeur ohmique de la                                                                stabilisée de :
résistance, on ne pourra jamais désac-            Si l’on a besoin d’un courant de 2
tiver le circuit que nous alimentons car          ampères, on devra choisir un transistor                      12 + 0,7 = 12,7 volts
le courant qu’il consomme basculerait             capable de débiter au moins 4 ampè-
alors entièrement sur la diode zener              res.                                              En reliant en série deux diodes norma-
qui deviendrait inutilisable après seu-                                                             les sur une diode zener de 12 volts,
lement quelques secondes.                         La tension que l’on prélèvera sur                 on retrouvera sur la base du transistor
                                                  l’émetteur sera toujours inférieure d’en-         une tension stabilisée de :
Il faut également savoir que toutes les           viron 0,7 volt par rapport à la valeur de
diodes zener, comme tout autre com-               la diode zener car elle chutera de 0,7                     12 + 0,7 + 0,7 = 13,4 volts


                           ELECTRONIQUE et Loisirs magazine           12    Cours d’Electronique – Deuxième niveau
                                                            LE COURS

Important : La bague-détrompeur, pla-        où :                                                      Ib        = est le courant que l’on appli-
cée sur une extrémité du corps de la                                                                               que sur la base du transistor
diode zener (côté cathode K), doit être      Vin = est la valeur de la tension à                                   TR1 que nous avons calculé et
dirigée vers la résistance R1, tandis              appliquer sur le collecteur du                                  qui est de 30 mA,
que la bague-détrompeur, placée sur                transistor TR1 qui, dans notre
une extrémité du corps de la diode au              exemple, est de 18 volts,                           8         = est la valeur du courant que
silicium (côté cathode K), doit être diri-                                                                         l’on devra faire débiter sur la
gée vers la masse (voir figure 13).          Vu     = est la valeur de la tension que                              diode zener.
                                                      l’on veut obtenir sur la sortie
Si l’on inverse la polarité d’une seule               de l’alimentation, c’est-à-dire                  En insérant ces données dans la for-
diode, on trouvera sur l’émetteur la                  12 volts,                                        mule que l’on a mentionnée plus haut,
même tension que celle appliquée sur                                                                   on obtiendra :
le collecteur.                               0,7 = est la chute de tension intro-
                                                   duite par le transistor de puis-                         [(18 – 12 – 0,7) : (30 + 8)] x 1 000
                                                   sance TR1,                                                           = 139 ohms
La valeur de la résistance R1
Pour calculer la valeur de la résistance
R1 à utiliser dans cette alimentation, il                                                        TR1                       12 V
faudrait connaître le Hfe, c’est-à-dire le                        Vin
gain du transistor TR1.                                                                      C          E

Si vous avez réalisé le testeur pour                                              R1
transistor LX.5014 proposé dans la                                                               B     12,7 V
Leçon numéro 17 (ELM 17, page 85 et
                                                                        12 V



suivantes), vous pourrez tout de suite                          DZ1
connaître la valeur Hfe de n’importe                                                                   C1
quel transistor.
                                                                DS1
En admettant que le transistor choisi
ait une Hfe de 50, on pourra calculer
la valeur du courant qui doit être débité
sur la base avec la formule :                 Figure 13 : Pour compenser la chute de tension de 0,7 volt provoquée par le
                                              transistor TR1, on pourra ajouter, en série dans la diode zener DZ1, une simple
                                              diode de redressement (voir DS1). La cathode de la diode zener doit toujours être
  mA base = (ampère max : Hfe) x 1 000        dirigée vers la résistance R1 et la cathode de la diode de redressement, vers la
                                              masse.
En fait, le transistor est utilisé dans
ces alimentations comme amplificateur
de courant, donc, sa Hfe influe sur le
courant que l’on veut prélever sur son                                                                                 TR1
émetteur.                                                     35 V
                                                                                                                  C          E
Si l’on veut prélever un courant de 1,5                                 R1        R2   R3        R4
ampère sur cette alimentation, il faut
                                                                                                            9
que le courant qui passe sur la base                                                                   12              B
du transistor TR1 soit de :
                                                                                                                  S1
                                                                                                                              SORTIE
                                                                                                       18
        (1,5 : 50) x 1 000 = 30 mA                                                                          24
                                                                                                                             C1
En fait, le courant maximal qu’un tran-
sistor peut débiter se calcule avec la                                 DZ1 DZ2 DZ3 DZ4
formule :

             ampère max =
         (mA base x Hfe) : 1 000                  Figure 14 : Pour obtenir différentes tensions stabilisées en sortie, on pourrait
                                                                 relier plusieurs diodes zener à la base de TR1 :
Si le transistor utilisé a une Hfe de 35
au lieu de 50, on ne réussira pas à                                                     R1   =   680   ohms
prélever plus de :                                                                      R2   =   560   ohms
                                                                                        R3   =   390   ohms
      (30 x 35) : 1 000 = 1 ampère                                                      R4   =   270   ohms

                                                                                   DZ1 = zener de 9,7 volts
En connaissant le courant de la base,                                              DZ2 = zener de 12,7 volts
que nous indiquerons avec “Ib” (voir                                               DZ3 = zener de 18,7 volts
figure 12), on pourra calculer la valeur                                           DZ4 = zener de 24,7 volts
de la résistance R1 avec la formule :
                                                                                  C1 = 47 µF électr. 50 volts
                 ohm R1 =
                                                                               TR1 = Transistor de puissance NPN
    [(Vin – Vu – 0,7) : (Ib + 8)] x 1 000


                           ELECTRONIQUE et Loisirs magazine       13       Cours d’Electronique – Deuxième niveau
                                                             LE COURS

valeur que l’on pourra arrondir à                                                                    24 volts, la différence entre la
120 ou 150 ohms.                                                                                     tension “Vin” appliquée sur l’en-
                                                                                                     trée et la “Vu” prélevée en sortie
Pour obtenir une tension de 12                                                                       multipliée par les ampères, sera
volts en sortie, on ne devra pas                                                                     entièrement dissipée en “watts
utiliser une diode zener de 12                                                                       chaleur”, ce que l’on peut calculer
volts mais une de 12,7 volts pour                                                                    grâce à cette simple formule :
compenser la chute de tension
de 0,7 volt provoquée par le tran-                                                                     watt chaleur = (Vin –Vu) x ampère
sistor.
                                                                                                     où
Si l’on utilise une diode zener de
12 volts, on prélèvera alors sur la                                                                  Vin         = est la tension appli-
sortie, une tension de :                                                                                           quée sur le collec-
                                            Figure 15 : Le corps du transistor TR1 doit
                                            toujours être appliqué sur un radiateur de                             teur
       12 – 0,7 = 11,3 volts                refroidissement afin de dissiper rapidement
                                            la chaleur générée. Plus la tension que l’on             Vu          = est la tension préle-
La valeur 12,7 volts n’étant pas            applique sur le collecteur est importante et plus                      vée sur l’émetteur
une valeur standard, on pourra              le courant que l’on prélève sur l’émetteur est
utiliser une zener de 12 volts, en          important, plus le transistor chauffe.                   Ampère = est le courant prélevé
reliant en série une diode au sili-                                                                           sur la sortie
cium, comme sur la figure 13.
                                                   [(35 – 24 – 0,7) : (30 + 8)] x 1 000         Avec une “Vin” de 35 volts, une “Vu”
                                                               = 271 ohms                       de 24 volts et une consommation de
La tension sur l’entrée collecteur
                                                                                                courant de 1,5 ampère, le transistor
Sur le collecteur du transistor TR1, il         Etant donné que ces valeurs ne sont             TR1 dissipera en chaleur :
faut appliquer une tension Vin qui soit         pas standards, on utilisera, respecti-
toujours 1,4 fois supérieure à la valeur        vement, des résistances de 680, 560,                   (35 – 24) x 1,5 = 16,5 watts
de tension que l’on veut prélever sur           390 et 270 ohms.
l’émetteur.                                                                                     Si l’on stabilise la tension de sortie sur
                                                Signalons que plus la différence entre          9 volts et que l’on alimente un circuit
Donc, si l’on veut obtenir en sortie une        la tension “Vin” appliquée sur le col-          qui consomme 1,5 ampère, le transis-
tension stabilisée de 9 volts, on devra         lecteur et la “Vu” prélevée sur l’émet-         tor TR1 dissipera en chaleur une puis-
appliquer sur le collecteur une tension         teur est importante, plus le transistor         sance de :
qui ne soit pas inférieure à :                  chauffera.
                                                                                                          (35 – 9) x 1,5 = 39 watts
           9 x 1,4 = 12,6 volts                 Donc, afin d’éviter qu’il ne se détériore,
                                                on devra appliquer sur son corps un             Pour ne pas faire dissiper plus de
Pour obtenir en sortie une tension sta-         radiateur de refroidissement qui per-           20 watts au transistor TR1, on devra
bilisée de 24 volts, on devra appliquer         mettra de dissiper la chaleur générée           réduire le courant d’absorption et pour
sur le collecteur une tension qui ne soit       (voir figure 15).                               connaître la valeur maximale des ampè-
pas inférieure à :                                                                              res pouvant être prélevée, on pourra
                                                Si l’on choisit un transistor de puis-          utiliser cette formule :
          24 x 1,4 = 33,6 volts                 sance et qu’il a les caractéristiques
                                                suivantes :                                             Ampère = watt : (Vin – Vu)
Pour obtenir en sortie des tensions
stabilisées de 9, 12, 18 ou 24 volts,               Puissance de dissipation maximale           Donc, si l’on prélève 9 volts sur une
on devra appliquer sur le collecteur une                       = 60 watts                       sortie, pour ne pas faire dissiper plus
tension de 35 volts, puis utiliser 4 dio-                                                       de 20 watts au transistor TR1, on
des zener de 9,7, 12,7, 18,7 ou 24,7                        Courant maximal                     devra prélever un courant maximal
volts (voir figure 14), chacune alimen-                       = 3 ampères                       de :
tée à l’aide d’une résistance dont la
valeur est toujours calculée avec la for-       On ne pourra jamais lui faire dissiper                 20 : (35 – 9) = 0,76 ampère
mule :                                          60 watts, car cette puissance est dis-
                                                sipée par le transistor seulement si la         Comme vous avez pu le remarquer,
  ohm R1 = [(Vin – Vu – 0,7) : (Ib +8)] x       température de son corps ne dépasse             plus on diminue la tension stabilisée
                 1 000                          pas 25°.                                        que l’on veut prélever en sor tie, plus
                                                                                                on devra réduire le courant d’absorp-
On obtiendra donc :                             Etant donné que la température du               tion.
                                                corps atteint toujours des valeurs de
    [(35 – 9 – 0,7) : (30 + 8)] x 1 000         40 ou 50°, on devra réduire la puis-            Même avec de faibles absorptions, on
               = 665 ohms                       sance maximale à dissiper d’environ             devra toujours appliquer un radiateur
                                                1/3, donc, nos 60 watts deviendront             de refroidissement sur le transistor
   [(35 – 12 – 0,7) : (30 + 8)] x 1 000         20 watts.                                       (voir figure 15) afin de dissiper rapi-
               = 586 ohms                                                                       dement la chaleur générée par son
                                                C’est pour cette raison que si on               corps.
   [(35 – 18 – 0,7) : (30 + 8)] x 1 000         applique sur le collecteur une tension
               = 428 ohms                       de 35 volts et qu’on la stabilise sur                                             A suivre


                          ELECTRONIQUE et Loisirs magazine         14   Cours d’Electronique – Deuxième niveau
NOTES
        -2
                                                            LE COURS
      29
     N 2
       N°
  ÇO AU
LE IVE
N




                                                 Apprendre
                                                 Apprendre
                ’électronique
               l’électronique
                               partant     zé
                            en par tant de zéro


                ne bonne alimentation doit
                d’abord être stable mais elle                                   Les alimentations
                doit également être sûre !
                                                 Dans la première partie de cette leçon, nous avons vu les principaux
                Dans le laboratoire, elle sert
      à alimenter des montages en test et        éléments constituant une alimentation simple et comment la stabiliser, du
      sera fatalement mise en court-circuit à    moins de façon rudimentaire. Nous allons poursuivre dans cette seconde
      un moment où à un autre. Il faut donc      partie pour aboutir à une stabilisation de qualité et nous terminerons par
      la protéger contre cet avatar.             la protection contre les courts-circuits.

      Rendre plus stable
      la tension de sortie                                          Vin                                               Vu
                                                                                             TR1
                                                             18 V                                                          12 V
      Même si le circuit composé d’un tran-                                              C             E
      sistor et d’une diode zener (voir figure
      12, leçon 29-1) nous permet d’obte-                                         R2
                                                                           R1                                        R3
      nir des tensions stables en sortie,                                                    B             TR2
      on remarquera que si le courant con-                                                         C
      sommé varie, la valeur de la tension                                                                       B
      varie également légèrement.
                                                                                                   E
      Pour avoir une alimentation qui four-                              DZ1                                         R4
                                                                                        C1
      nisse une tension très stable ne sui-
      vant pas les variations du courant con-
      sommé, on devra ajouter un second
      transistor (voir le transistor TR2 de la
      figure 16) afin qu’il corrige automati-
      quement les plus petites variations de
                                                 Figure 16 : Voici les valeurs pour une tension d’entrée Vin de 18 volts, pour une
      tension.                                   tension de sortie Vu de 12 volts et pour un courant maximal de 1,5 ampère :

      Ce transistor de petite puissance sert
      d’amplificateur d’erreur.                  R1    =   2,2 kΩ                 DZ1    =       Diode zener 4,3 V
                                                 R2    =   120 Ω                  C1     =       Condensateur électrolytique 10 µF
      En fait, le transistor TR2 compare la      R3    =   7 kΩ                   TR1    =       Transistor de puissance NPN
                                                 R4    =   5 kΩ                   TR2    =       Transistor faible puissance NPN
      tension prélevée sur la sortie de TR1
      par l’intermédiaire des deux résistan-
      ces R3 et R4, avec celle de la diode       Pour rendre plus stable la tension que l’on prélève sur la sortie de TR1, il faut
      zener appliquée sur l’émetteur.            piloter sa base avec un second transistor (voir TR2). Ce transistor contrôlera la
                                                 valeur de tension présente sur la jonction de R3 et R4 à l’aide de celle fournie
      Si la tension prélevée en sortie aug-      par la diode zener DZ1. Si la tension de sortie augmente, le transistor TR2 fera
      mente, le transistor TR2 diminue la        réduire le débit de TR1, tandis que si la tension de sortie diminue, le transistor
                                                 TR2 fera débiter davantage le transistor TR1.
      tension qui se trouve sur la base du


                              ELECTRONIQUE et Loisirs magazine      16    Cours d’Electronique – Deuxième niveau
                                                        LE COURS

transistor TR1, de façon à la ramener
à la valeur requise.
                                                                Vin                           TR1                 Vu
Si la tension prélevée en sor tie dimi-                  18 V                                                           12 V
                                                                                          C             E
nue, le transistor TR2 augmente la ten-
sion qui se trouve sur la base du tran-
sistor TR1, de façon à la ramener à la
                                                                                              B
valeur requise.                                                                R2
                                                                                                                R3
                                                                                      C            E
Dans ce circuit, les valeurs des deux                                  R1
résistances R3 et R4 sont très criti-                                                              TR3
ques.                                                                                     B
                                                                                               C
                                                                 4,3 V                                      B
Concevoir
une alimentation                                                                               E

                                                                     DZ1             C1
                                                                                                   TR2          R4
A présent, nous vous indiquons les cal-
culs à effectuer pour réaliser une ali-
mentation stabilisée capable de débi-
ter 12 volts 1,5 ampère en sortie.

Avant de poursuivre, souvenez-vous           Figure 17 : Voici les valeurs pour une tension d’entrée Vin de 18 volts, pour une
que la diode zener doit être choisie         tension de sortie Vu de 12 volts et pour un courant maximal de 1,5 ampère :
avec une valeur de tension égale à
environ 1/3 de la valeur de la tension
                                             R1    =   2,2 kΩ                  DZ1    =       Diode zener de 4,3 V
stabilisée que l’on veut obtenir en sor-     R2    =   1 kΩ                    C1     =       Condensateur électrolytique 10 µF
tie.                                         R3    =   5,5 kΩ                  TR1    =       Transistor de puissance NPN
                                             R4    =   5 kΩ                    TR2    =       Transistor faible puissance NPN
Donc, pour obtenir une tension de 12                                           TR3    =       Transistor faible puissance NPN
volts en sortie, on devra choisir une
diode zener de :
                                             Pour augmenter le gain (Hfe) trop faible du transistor TR1, il faut réaliser un
            12 : 3 = 4 volts                 amplificateur Darlington. Celui-ci s’obtient en reliant un transistor de moyenne
                                             puissance (voir TR3), sur la base. Dans ce circuit, l’amplificateur d’erreur TR2
Etant donné que cette valeur n’est pas       sera relié à la base du transistor TR3 et non plus sur la base de TR1.
une valeur standard, on pourra sans
problème utiliser une diode de 4,3 ou
4,7 volts.                                 zener, on prendra une valeur moyenne,              résistance de 2 200 ohms, au lieu
                                           c’est-à-dire 6 milliampères, puis on cal-          d’une résistance de 2 283 ohms, on
Il faut que le courant débité par la       culera la valeur de R1 à l’aide de la              pourra utiliser cette formule :
diode zener soit compris entre 5 et 7      formule :
milliampères.                                                                                          MA = [(Vin – Vz) : ohm] x 1 000
                                               ohm R1 = [(Vin – Vz) : mA] x 1 000
La tension Vin à appliquer sur le col-                                                        Donc, la diode zener débitera un cou-
lecteur du transistor de puissance TR1     Vin = est la valeur de tension qui est             rant de :
doit être 1,4 fois supérieure à la ten-          appliquée sur le collecteur du
sion que l’on veut stabiliser, c’est la          transistor TR1 qui, dans notre                         [(18 – 4,3) : 2 200] x 1 000
raison pour laquelle il faut une tension         exemple, est de 18 volts.                                  = 6,22 milliampères
de :
                                           Vz =   est la valeur du courant que l’on
                                                                                              Calcul de la résistance R2
      12 x 1,4 = 16,8 Vin minimum                 veut faire débiter sur la diode
                                                  zener, c’est-à-dire 6 milliampè-            Pour calculer la valeur de la résistance
On devra donc utiliser une Vin qui ne             res.                                        R2, il faut connaître la Hfe du transistor
soit pas inférieure à 16,8 volts et pour                                                      TR1 (revoir la leçon 17).
cela, on pourra choisir des tensions de    Si l’on insère toutes ces données dans
18 volts, mais également de 22, 30 ou      la formule, on obtiendra :                         Rappelons que tous les transistors de
36 volts.                                                                                     puissance ont une Hfe comprise entre
                                                    [(18 – 4,3) : 6] x 1 000                  30 et 40, tandis que les transistors de
En admettant que la tension soit de 18                   = 2 283 ohms                         moyenne puissance ont une Hfe com-
volts et que la diode zener soit de 4,3                                                       prise entre 40 et 50.
volts, on pourra immédiatement calcu-      Etant donné que cette valeur n’est
ler la valeur de R1.                       pas une valeur standard, on choisira               Si le transistor choisi a une Hfe de 35,
                                           la valeur la plus proche, c’est-à-dire             on pourra calculer la valeur du courant
Calcul de la résistance                    2200 ohms.                                         de la base avec la formule :

Pour faire débiter un courant compris      Pour connaître la valeur du courant                                   mA base =
entre 5 et 7 milliampères sur la diode     débité par la diode zener avec une                            (ampère max : Hfe) x 1 000

                          ELECTRONIQUE et Loisirs magazine      17    Cours d’Electronique – Deuxième niveau
                                                                      LE COURS

                                                                                                              [12 : (4,3 + 0,7)] = 2,4

                                    TR1                          Vu                                   On extrait 1 à ce nombre, puis on mul-
                                                                           12 V                       tiplie le résultat par la valeur de R4 :
                                C           E

                                                                                                                  (2,4 – 1) x 5 000
                                                                                                                    = 7 000 ohms
                                    B
                                                               R3                                     Si après avoir réalisé cette alimenta-
                            C           E                      4 700 ohm
                                                                                                      tion, on retirait la charge de la sortie,
                                        TR3                                                           après quelques minutes, le transistor
                                B                   10 V                                              TR2 et la diode zener partiraient en
                                    C                                                                 “fumée”, car la valeur de seulement
                                                B
                                                               R5
                                                                                                      120 ohms de la résistance R2 fait
                                                               2 200 ohm                              débiter sur ces deux composants des
                                    E                                                                 courants très importants.
                                        TR2         15 V       R4
                                                               3 900 ohm                              Pour éviter cet inconvénient, il faudrait
                                                                                                      un transistor de puissance avec une
                                                                                                      Hfe élevée, mais puisqu’il n’en existe
                                                                                                      pas, pour augmenter le gain de l’étage
                                                                                                      final de puissance, il suffira de relier
 Figure 18 : Etant donné que les valeurs R3 et R4 de la figure 17 ne sont pas des                     un transistor de moyenne puissance
 valeurs standards, pour obtenir 12 volts en sortie, il est préférable d’insérer un                   sur la base du transistor TR1.
 trimmer de 2 200 ohms entre ces deux résistances, puis d’abaisser la valeur de
 R3 à 4700 ohms et celle de R4 à 3900 ohms.
                                                                                                      Une alimentation
                                                                                                      avec amplificateur
Etant donné que l’on veut prélever un                           6,22 mA, on divise ce chiffre         Darlington
courant de 1,5 ampère en sor tie, on                            par 2 et l’on obtient 3,11 mA.
devra faire débiter sur la base du tran-                                                              En reliant deux transistors comme sur
sistor TR1, un courant de :                          En insérant ces données dans la for-             la figure 17, on obtient un circuit appelé
                                                     mule que l’on a précédemment men-                “amplificateur Darlington”, pourvu d’un
        (1,5 : 35) x 1 000 = 42,85 mA                tionnée, on obtient :                            gain élevé.

valeur que l’on arrondira à 43 mA.                     [(18 – 12 – 0,7) : (43 + 3,11)] x 1 000        Si le transistor de puissance référencé
                                                                    = 114 ohms                        TR1 a une Hfe de 30 et le transistor
En connaissant le courant débité sur                                                                  de moyenne puissance référencé TR3
la base, que l’on indiquera “Ib”, on                 valeur que l’on arrondira à 120 ohms.            a une Hfe de 40, on obtiendra un étage
pourra calculer la valeur de la résis-                                                                final qui aura une Hfe totale de :
tance R2 avec la formule :
                                                     Calcul de la résistance R4
                                                                                                                      Hfe totale
                 ohm R2 =                            Pour calculer la valeur de la résistance                     = 30 x 40 = 1 200
  [(Vin – Vu – 0,7) : (Ib + 3,11)] x 1 000           R4 à placer entre la base du transistor
                                                     TR2 et la masse, on utilisera cette for-         Ceci étant dit, allons à présent vérifier
Vin =     est la valeur de la tension à              mule :                                           quelles sont les valeurs des résistan-
          appliquer sur le collecteur de                                                              ces R1, R2, R3 et R4 que l’on devra
          TR1 qui, dans notre exemple,                     ohm R4 = [(Vz + 0,7) : mA] x 1 000         utiliser pour réaliser une alimentation
          est de 18 volts.                                                                            stabilisée identique, capable de débiter
                                                     Etant donné que la résistance R4                 12 volts 1,5 ampère.
Vu =      est la valeur de la tension que            débite un courant de 1 milliampère, et
          l’on veut obtenir en sortie de             que l’on a utilisé une diode zener de            Comme pour le circuit précédent, on
          l’alimentation, c’est-à-dire 12            4,3 volts, pour la résistance R4, on             appliquera une tension Vin de 18 volts
          volts.                                     devra choisir une résistance de :                sur le collecteur du transistor TR1 et
                                                                                                      on choisira une diode zener de 4,3
0,7 =     est la chute de tension provo-               [(4,3 + 0,7) : 1] x 1 000 = 5 000 ohms         volts.
          quée par le transistor de puis-
          sance TR1.
                                                     Calcul de la résistance R3                       Calcul de la résistance R1
Ib =      est le courant que l’on appli-             Pour calculer la valeur de la résistance         Pour faire débiter un courant compris
          que sur la base du transistor              R3 à placer entre l’émetteur du transis-         entre 5 et 7 milliampères sur la diode
          TR1 que l’on a calculé et qui              tor TR1 et la base du transistor TR2,            zener, on prendra une valeur moyenne,
          est d’environ 43 mA.                       on utilisera cette formule :                     c’est-à-dire 6 milliampères, puis on cal-
                                                                                                      culera la valeur de R1 à l’aide de la
3,11 = est la valeur du courant débité                     ohm R3 = [Vu : (Vz + 0,7)] – 1 x R4        formule :
       par la diode zener divisée par
       2. En effet, sachant que la                   On effectue tout d’abord cette opéra-                            ohm R1 =
       diode débite un courant de                    tion :                                                   [(Vin – Vz) : mA] x 1 000


                           ELECTRONIQUE et Loisirs magazine                   18   Cours d’Electronique – Deuxième niveau
                                                           LE COURS

Vin = est la valeur de tension qui est       1,4 =     est la chute de tension provo-              la figure 16 était de 120 ohms et dans
      appliquée sur le collecteur du                   quée par les deux transistors               cet amplificateur Darlington de la figure
      transistor TR1 qui, dans notre                   TR3 et TR1, reliés au Darling-              17, elle est de 1 000 ohms.
      exemple, est de 18 volts.                        ton.
                                                                                                   Calcul de la résistance R4
Vz =    est la valeur du courant de          Ib =      est le courant que l’on appli-
        la diode zener, c’est-à-dire 4,3               que sur la base du transistor               Pour calculer la valeur de la résistance
        volts.                                         TR3, que l’on a déjà calculé et             R4 à placer entre la base du transistor
                                                       qui est d’environ 1,3 mA.                   TR2 et la masse, on utilisera cette for-
MA = est le courant que l’on veut que                                                              mule :
     la diode zener débite, c’est-à-         3,11 = est la valeur du courant débité
     dire 6 milliampères.                           par la diode zener divisé par 2.                   ohm R4 = [(Vz + 0,7) : mA] x 1 000

Si l’on insère toutes ces données dans                 En effet, sachant que la diode              Etant donné que l’on a utilisé une
la formule, on obtiendra :                             débite un courant de 6,22 mA,               diode zener de 4,3 volts, pour la résis-
                                                       on divise ce chiffre par 2 et               tance R4, on devra choisir une résis-
         [(18 – 4,3) : 6] x 1 000                      l’on obtient 3,11 mA.                       tance de :
              = 2 283 ohms
                                             En insérant ces données dans la for-                              [(4,3 + 0,7) : 1] x 1 000
Etant donné que cette valeur n’est pas       mule que l’on a précédemment men-                                      = 5 000 ohms
une valeur standard, on choisira la          tionnée, on obtient :
valeur la plus proche, c’est-à-dire 2200
                                                                                                   Calcul de la résistance R3
ohms.                                         [(18 – 12 – 1,4) : (1,3 + 3,11)] x 1 000
                                                           = 1 043 ohms                            Pour calculer la valeur de la résistance
                                                                                                   R3 à placer entre l’émetteur du transis-
Calcul de la résistance R2
                                             valeur  que             l’on        arrondira   à     tor TR1 et la base du transistor TR2,
Pour calculer la valeur de la résistance     1 000 ohms.                                           on utilisera cette formule :
R2, il faut connaître la Hfe totale qui,
comme nous l’avons calculée précé-           Comme vous pouvez le remarquer, la                                        ohm R3 =
demment, est égale à 1 200.                  valeur de la résistance R2 du circuit de                          [Vu : (Vz + 1,4)] – 1 x R4

On pourra alors calculer la valeur du
courant de la base du transistor de
moyenne puissance TR3 avec la for-                                                                         TR1
mule :                                               Vin                                                                                    Vu
                                                                                                       C           E
            MA base TR3 =
    (ampère max : Hfe totale) x 1 000
                                                                R1                                         B
Etant donné que l’on veut prélever un                                                                                            R3
                                                                                                   C           E
courant de 1,5 ampère en sortie, on
                                                           4,3 V
devra faire débiter sur la base du tran-                                                                       TR3
sistor TR3, un courant de :
                                                                                                       B
          (1,5 : 1 200) x 1 000                                                                                                  R5
                = 1,25 mA
                                                           C1              DZ1               IC1
valeur que l’on arrondira à 1,3 mA.
                                                                                                                                 R4
En connaissant le courant débité sur
la base, que l’on devra appliquer sur
cet amplificateur Darlington et que l’on
indiquera “Ib“, on pourra calculer la
valeur de la résistance R2 avec la for-       Figure 19 : Voici les valeurs pour une tension d’entrée Vin de 18 volts, pour une
mule :                                        tension de sortie Vu de 12 volts et pour un courant maximal de 1,5 ampère :

                 ohm R2 =
  [(Vin – Vu – 1,4) : (Ib + 3,11)] x 1 000    R1      =    2,2 kΩ                      DZ1   =     Diode zener 4,3 V
                                              R2      =    6,8 kΩ                      C1    =     Condensateur électrolytique 10 µF
Vin =    est la valeur de la tension à        R3      =    3,9 kΩ                      TR1   =     Transistor de puissance NPN
                                              R5      =    2,2 kΩ trimmer              TR2   =     Transistor faible puissance NPN
         appliquer sur le collecteur de                                                IC1   =     Opérationnel µA741
         TR1 qui, dans notre exemple,
         est de 18 volts.
                                              L’amplificateur d’erreur TR2 (voir figure 17) peut être remplacé par un
Vu =     est la valeur de la tension que      amplificateur opérationnel (voir symbole indiqué IC1). Si on utilise un opérationnel,
         l’on veut obtenir en sortie de       la résistance R2 n’est plus nécessaire. Vous trouverez dans l’article toutes
         l’alimentation, c’est-à-dire 12      les formules à utiliser pour calculer la valeur des résistances à insérer dans le
                                              schéma électrique reproduit ci-dessus.
         volts.


                           ELECTRONIQUE et Loisirs magazine           19    Cours d’Electronique – Deuxième niveau
                                                         LE COURS

On effectue tout d’abord cette opéra-
tion :

         [12 : (4,3 + 1,4)] = 2,1                                                8   +V   6   5


on extrait 1 à ce nombre, puis on mul-
tiplie le résultat par la valeur de R4 :
                                                                                 1   2    3   -V
     (2,1 – 1) x 5 000 = 5 500 ohms

Les valeurs des résistances R4 et R3          Figure 20 : A gauche, symbole graphique des amplificateurs opérationnels de type
Contrairement aux autres résistances,         µA741, LS141 et TL081. Au centre, leur brochage vu du dessus. Sur la gauche
on ne peut pas arrondir les valeurs de        de leur corps se trouve le repère-détrompeur en forme de U qui nous sert à ne
                                              pas inverser le circuit intégré lorsqu’on l’insère dans son support. A droite, photo
R4 et R3, car cela modifierait la valeur      d’un ampli opérationnel 8 broches.
de la tension en sortie.

Pour obtenir une tension exacte de 12        Donc, pour obtenir en sor tie une ten-                Etant donné que l’on a utilisé une
volts en sortie, on devra choisir deux       sion de 12 volts, on devra choisir une                diode zener de 4,3 volts qui débitera
résistances standard de valeurs infé-        diode zener de :                                      toujours 1 milliampère, la valeur de la
rieures à celles requises pour R3 et                                                               résistance R4 sera de :
R4, puis relier en série un trimmer de                    12 : 3 = 4 volts
2 200 ohms entre les deux, comme                                                                        (4,3 : 1) x 1 000 = 4 300 ohms
sur la figure 18.                            Etant donné que cette valeur n’est pas
                                             une valeur standard, on choisira une
                                                                                                   Calcul de la résistance R3
Si l’on choisit une valeur de 4 700          diode de 4,3 ou de 4,7 volts.
ohms pour R3 et une valeur de 3 900                                                                Pour calculer la valeur de la résistance
ohms pour R4, en tournant le curseur         Comme pour les cas précédents, la                     R3 de ce circuit qui utilise un opéra-
du trimmer, on obtiendra :                   diode zener devra débiter un courant                  tionnel, on utilisera cette formule :
                                             de 6 mA.
- En tournant le curseur du trimmer                                                                      ohm R3 = [(Vu : Vz) – 1] x R4
  vers la résistance R4, en sortie la
                                             Calcul de la résistance R1
  tension augmentera jusqu’à atteindre                                                             On effectue tout d’abord cette opéra-
  une valeur maximale de 15 volts.           Pour calculer la valeur de R1, on utilise             tion :
                                             la formule :
- En tournant le curseur du trimmer                                                                              12 : 4,3 = 2,79
  vers la résistance R3, en sortie la           ohm R1 = [(Vin – Vz) : mA] x 1 000
  tension diminuera jusqu’à atteindre                                                              on extrait 1 à ce nombre, puis on mul-
  une valeur minimale de 10 volts.           Vin = est la valeur de tension qui est                tiplie le résultat par la valeur de R4 :
                                                   appliquée sur le collecteur du
Le curseur du trimmer R5 devra être                transistor TR1 qui, dans notre                      (2,79 – 1) x 4 300 = 7 697 ohms
tourné jusqu’à obtenir une tension de              exemple, est de 18 volts.
12 volts.
                                                                                                   Les valeurs des résistances R4 et R3
                                             Vz =   est la valeur du courant de
                                                    la diode zener, c’est-à-dire                   Puisque la tension que l’on prélève
Un opérationnel                                     4,3 volts.                                     en sortie doit se calculer avec la for-
en substitution de TR2                                                                             mule :
                                             MA = est le courant que l’on veut que
Le schéma de la figure 17 peut ulté-              la diode zener débite, c’est-à-                       Volt sortie = [(R3 : R4) + 1] x Vz
rieurement être amélioré en substi-               dire 6 milliampères.
tuant un amplificateur opérationnel au                                                             et puisque les valeurs de ces deux
transistor TR2.                              Si l’on insère toutes ces données dans                résistances R4 et R3 ne sont pas stan-
                                             la formule, on obtiendra :                            dard, si l’on tentait de les arrondir cela
Sur la figure 19, cet amplificateur, réfé-                                                         modifierait la valeur de la tension en
rencé IC1, est représenté par un sym-                 [(18 – 4,3) : 6] x 1 000                     sortie. Si l’on choisit une valeur de
bole en forme de triangle.                                 = 2 283 ohms                            6 800 ohms pour R3 et une valeur de
                                                                                                   4 700 ohms pour R4, en tournant le
Si l’on utilise un opérationnel, on ne       Etant donné que cette valeur n’est                    curseur du trimmer, on obtiendra en
devra plus insérer la résistance R2 sur      pas une valeur standard, on choisira                  sortie une tension de :
la base du transistor TR3, et le schéma      la valeur la plus proche, c’est-à-dire
apparaîtra alors beaucoup plus sim-          2200 ohms.                                             [(6800 : 4 700) + 1] x 4,3 = 10,52 volts
ple.
                                                                                                   Pour obtenir une tension exacte de 12
                                             Calcul de la résistance R4
Dans ce cas de figure aussi, la diode                                                              volts en sortie, on devra utiliser une
zener sera choisie avec une valeur           Pour calculer la valeur de la résistance              valeur de 6 800 ohms pour R3 et de
de tension égale à environ 1/3 de la         R4, on utilise cette formule :                        3 900 ohms pour R4, puis relier en
valeur de la tension stabilisée que l’on                                                           série un trimmer de 2 200 ohms entre
veut obtenir en sortie.                             ohm R4 = (Vz : mA) x 1 000                     les deux, comme sur la figure 19.


                          ELECTRONIQUE et Loisirs magazine      20   Cours d’Electronique – Deuxième niveau
                                                                          LE COURS

Le curseur du trimmer R5 devra être                     Pour ne pas courir ce risque, il faut        Pour connaître la valeur de cette
tourné jusqu’à obtenir une tension de                   insérer un circuit de protection com-        résistance, on pourra utiliser cette for-
12 volts.                                               posé d’un petit transistor NPN (voir le      mule :
                                                        transistor TR4, sur la figure 21).
                                                                                                              ohm R6 = 0,7 : ampère
L’amplificateur                                         Comme vous pouvez le voir, les deux
opérationnel                                            broches base et émetteur de ce tran-         Note : 0,7 est la tension qu’il faut à la
                                                        sistor sont reliées aux deux extrémités      base du transistor TR1 pour son acti-
L’amplificateur opérationnel IC1 utilisé                de la résistance R6.                         vation.
pour ces alimentations peut être un
LS141, un µA741 ou un TL081 (voir                       Dans les conditions de fonctionnement        Si on a réalisé une alimentation capa-
figure 20).                                             normales, c’est comme si ce transistor       ble de débiter un courant d’une valeur
                                                        TR4 n’existait pas.                          maximale de 1,5 ampère, on devra cal-
Etant donné que nous vous présente-                                                                  culer la valeur de R6 pour un courant
rons ces amplificateurs opérationnels                   Si, par erreur, les fils de sortie devai-    légèrement supérieur.
dans une prochaine leçon, nous nous                     ent être court-circuités, on se retrouve-
limiterons pour le moment à vous dire                   rait alors avec, sur les broches de la       Si l’on choisit un courant de 1,6
que les deux broches indiquées avec                     résistance R6, une tension plus posi-        ampère, on devra utiliser une résis-
les symboles “+” et “–” ne sont pas,                    tive sur la base que celle présente sur      tance de :
comme on pourrait le penser, à relier au                l’émetteur.
positif et au négatif d’alimentation. En                                                                       0,7 : 1,6 = 0,437 ohm
fait, se sont deux symboles qui servent                 Dans ces conditions, le transistor TR4
uniquement à indiquer les variations de                 commencera à débiter en court-circui-        Cette résistance devra être une résis-
la tension sur la sortie de l’opérationnel              tant à masse la base du transistor           tance à fil et pour connaître la valeur
en appliquant sur la broche “+” une ten-                TR3, qui pilote le transistor de puis-       minimale de ses watts, on pourra utili-
sion supérieure ou inférieure par rapport               sance TR1.                                   ser la formule :
à celle qui se trouve sur la broche “–”.
                                                        Avec 0 volt sur la base de TR3, le tran-                     watt =
                                                        sistor TR1 ne pourra plus débiter et             (ampère x ampère) x R6 en ohms
La protection contre                                    donc, plus aucune tension ne sor tira
les courts-circuits                                     sur sa sortie.                               Ainsi pour un courant de 1,6 ampère,
                                                                                                     il faut une résistance de :
Si, par erreur, nous court-circuitions                  La valeur de la résistance R6 est très
les deux fils de sortie d’une alimen-                   critique car, en fonction du courant qui          (1,6 x 1,6) x 0,437 = 1,11 watt
tation stabilisée, le transistor de puis-               est débité sur ses broches, on obtien-
sance TR1 s’autodétruirait en quel-                     dra une tension plus que suffisante          On devra donc choisir une résistance
ques secondes.                                          pour activer le transistor TR4.              d’un wattage supérieur, c’est-à-dire de
                                                                                                     2 ou 3 watts.

                                                                                                     Etant donné que 0,437 ohm n’est pas
                                                                             CIRCUIT DE PROTECTION
                                            TR1                      R6                              une valeur standard, si nous utilisons
  Vin                                                                                      Vu        une résistance de 0,47 ohm, le circuit
                                        C           E
                                                                                                     entrera en protection avec un courant
                                                           R7
                                                                                                     de :
                                                               B
             R1                             B

                                    C           E
                                                                                    R3                       0,7 : 0,47 = 1,48 ampère
        4,3 V
                                                TR3        C         E
                                                                                                     Si l’on utilise une résistance de 0,39
                                        B                      TR4                                   ohm, le circuit entrera en protection
                                                                                    R5               seulement en dépassant un courant
        C1        DZ1         IC1                                                                    de :

                                                                                    R4                       0,7 : 0,39 = 1,79 ampère

                                                                                                     Dans la troisième partie de cette leçon,
                                                                                                     vous pourrez réaliser une petite alimen-
 Figure 21 : Pour protéger le transistor de puissance TR1 contre des courts-                         tation de laboratoire 5 à 22 volts sous
 circuits externes, on devra relier aux extrémités de la résistance R6 un petit                      2 ampères.
 transistor NPN (voir TR4). Si aucun court-circuit ne se trouve sur la sortie, le
 transistor TR4 n’assume aucune fonction.                                                            Dans la leçon suivante, nous vous
 Lorsqu’un court-circuit se produit à l’extérieur de l’alimentation, le transistor TR4               proposerons d’autres circuits tout
 commence à débiter et retire instantanément la tension de polarité de la base                       aussi intéressants que ceux de cette
 du transistor TR3.                                                                                  leçon.

 Par conséquent, on ne prélève plus aucune tension sur la sortie de TR1. Sur ce                      Si vous voulez devenir de vrais experts
 schéma, la résistance R6 est d’une valeur de 0,47 ohm 2 ou 3 watts. Elle sera                       dans le domaine des alimentations, il
 réalisée en fil résistif. La résistance R7 est une 1 000 ohms 1/4 de watt. Pour                     vous suffit de nous suivre !
 tous les autres composants, voir le schéma reporté en figure 19.
                                                                                                                                   N G. M.


                         ELECTRONIQUE et Loisirs magazine                    21   Cours d’Electronique – Deuxième niveau
        -3
                                                              LE COURS
      29
     N 2
       N°
  ÇO AU
LE IVE
N




                  La LX.5029,
                une alimentation
               de 5 V à 22 V – 2 A
                                            Mise en pratique

                               Après avoir étudié les deux premières parties de cette leçon vous êtes
                               maintenant capable de concevoir une alimentation stabilisée. Toutefois,
                               en passant de la théorie à la pratique, vous pourriez vous trouver face
                               à quelques petites difficultés qu’il vous faudra surmonter. Cette dernière
                               partie vous y aidera. Vous pourrez ainsi concrétiser vos acquis par la
                               réalisation d’une alimentation variable de laboratoire.




                  i on vous                                                                                        (21 – 1,4) x 1,41 =
                  demandait,                                                                                       27,63 volts environ
                  par exem-
                  ple, de                                                                                          Nous avons pré-
                  réaliser                                                                                         cisé 27,63 envi-
      une alimentation                                                                                             ron car il faut
      fiable capable de                                                                                            toujours garder à
      fournir en sortie                                                                                            l’esprit le fait que
      une tension stabi-                                                                                           la tension du sec-
      lisée réglable de                                                                                            teur 220 volts
      5 à 22 volts avec                                                                                           n’est jamais par-
      un courant de 2                                                                                           faitement stable.
      ampères, vous
      opteriez certaine-                                                                                     C’est la raison pour
      ment pour le cir-                                                                                    laquelle il est normal
      cuit de la figure 21                                                                               de se retrouver, en sor-
      (voir leçon 29-2).              Figure 22 : L’alimentation LX.5029 prête à l’emploi.             tie, avec une tension qui
                                                                                                     peut varier entre 27 et 28,2
      Sur la figure 23,                                                                             volts.
      nous vous proposons la même alimen-         mateur T1 capable de fournir, en sor-
      tation pour vous montrer qu’en pas-         tie, une tension alternative de 21 volts   Etant donné que l’on veut prélever sur
      sant de la théorie à la pratique, il        et un courant de 2,5 ampères.              la sortie une tension stabilisée maxi-
      faut en réalité plus de composants                                                     male de 22 volts sous 2 ampères,
      que ceux qui apparaissent sur la figure     En redressant cette tension alternative    on devra utiliser pour C1 un conden-
      21.                                         avec le pont redresseur RS1 et en la       sateur électrolytique d’une capacité
                                                  nivelant avec le condensateur électro-     minimale de :
      Commençons par la description de ce         lytique C1, on obtiendra une tension
      circuit par le secondaire du transfor-      continue qui atteindra une valeur de :       20 000 : (22 : 2) = 1 818 microfarads


                               ELECTRONIQUE et Loisirs magazine     22   Cours d’Electronique – Deuxième niveau
                                                                 LE COURS


                                                     27 - 28 V
                                           R1                                                             TR2                   R4

                                                                                                      C            E
                                           DL1      C2                       C4                                                R3
                     T1                                                                                                                    R9                            5-22 V
                                                                                                                           B
                                                                                                              B                 TR3                 C7             C8
                                                                                          C5
            S1
                          21 V                                    R2                                                   C        E
                                                                                                  C           E

                                                                        3           7
                                                                                        TR1                                           R5
                                     RS1                                                                                                                 10   20
        SECTEUR                                                                               6           B                                     0                   30

          220 V                                                                                                                       R6
                                                                        2                                                                                 VOLT


                                            C1
                                                                                    4   IC1                   C6                      R7
                                                     C3           DZ1
                                                                                                                                      R8
                                                                                                                                                VOLTMÈTRE




 Figure 23 : Schéma électrique de l’alimentation à 2 ampères capable de fournir en sortie une tension variable qui, partant
 d’une valeur minimale de 5 volts pourra atteindre une valeur maximale de 22 volts. Cette alimentation est protégée contre
 les courts-circuits.



comme cette valeur n’est pas stan-          comme cette valeur n’est pas stan-                                             Tous les amplificateurs Darlington ont
dard, on utilisera une capacité supé-       dard, on utilisera la valeur la plus pro-                                      un gain important, ce qui les rend
rieure, c’est-à-dire 2 200 microfarads.     che, c’est-à-dire 3 900 ohms.                                                  sujets aux auto-oscillations.

On trouve, en parallèle sur ce conden-      Mais, n’oublions pas que toutes les                                            Dans ce cas, des fréquences indésira-
sateur électrolytique, un condensateur      résistances ont une tolérance.                                                 bles sont générées et on les retrouve
polyester de 100 000 picofarads, ce                                                                                        sur les bornes de sortie.
qui équivaut à 100 nanofarads ou 0,1        De ce fait, R2 pourrait être de 4 000
microfarad (voir C2).                       ohms au lieu de 3 900 ohms et le sec-                                          Le condensateur C5 empêche les deux
                                            teur 220 volts pourrait s’abaisser jus-                                        transistors TR1 et TR2 d’entrer en
Vous vous demandez probablement             qu’à 210 volts.                                                                auto-oscillation.
quelle différence existe entre une capa-
cité de 2 200 µF et une capacité de         Donc, si l’on veut faire débiter sur la                                        Dans cette alimentation, nous avons,
2 200,1 µF !                                diode zener un courant supérieur ou                                            bien sûr, également inséré une pro-
                                            égal à 6 mA, il sera préférable d’uti-                                         tection contre les courts-circuits. Elle
Ce condensateur polyester de 0,1 µF         liser une résistance d’une valeur de                                           est composée de la résistance R4 de
ne sert pas à niveler la tension pulsée     3 300 ohms.                                                                    0,27 ohm et du transistor TR3 qui
mais seulement à décharger rapide-                                                                                         permet de retirer la tension des bor-
ment à masse toutes les impulsions          Avec cette valeur, la diode zener sera                                         nes de sor tie lorsque le courant que
parasites que l’on trouve sur le sec-       parcourue par un courant que l’on                                              l’on prélève dépasse la valeur de 2,5
teur 220 volts et qui, en passant à tra-    pourra calculer avec la formule :                                              ampères.
vers le transformateur T1, pourraient
atteindre le collecteur du transistor               mA = [(Vin – Vz) : ohm] x 1 000                                        Pour faire varier la tension de sortie
TR2 avec des pics de tension telle-                                                                                        d’une valeur minimale de 5 volts jus-
ment élevés qu’ils pourraient, en très      donc, la diode zener débitera un cou-                                          qu’à une valeur maximale de 22 volts,
peu de temps, le mettre hors ser-           rant de :                                                                      on devra seulement tourner le curseur
vice.                                                                                                                      du potentiomètre R6.
                                                 [(27,6 – 4,3) : 3 300] x 1 000 = 7 mA
Avec une tension continue d’environ                                                                                        Si l’on tourne le curseur du potentio-
27,6 volts, pour connaître la valeur de     ainsi, même si la tension de la prise de                                       mètre vers les résistances R7 et R8
la résistance R2 à relier à la diode        secteur devait s’abaisser, on ne des-                                          de 1 200 ohms, on obtiendra en sortie
zener DZ1 de 4,3 volts, afin qu’elle        cendra jamais au-dessous des 6 mA.                                             une tension de 22 volts et si au con-
consomme un courant supérieur à                                                                                            traire, on le tourne vers la résistance
6 mA, on utilisera la formule que l’on      Passons à présent au transistor de                                             R5 de 1 000 ohms, on obtiendra en
connaît déjà :                              puissance TR2.                                                                 sortie une tension de 5 volts.

   ohm R2 = [(Vin – Vz) : mA] x 1 000       Vous remarquerez immédiatement                                                 Sur les broches de sortie de cette
                                            qu’entre son collecteur et sa base, se                                         alimentation, on trouve encore une
donc, la valeur de la R2 sera de :          trouve un condensateur de 3 300 pico-                                          fois un condensateur électrolytique de
                                            farads (voir C5) et vous vous demande-                                         220 µF relié en parallèle à un conden-
        [(27,6 – 4,3) : 6] x 1 000          rez probablement une nouvelle fois à                                           sateur polyester de 100 000 pF soit
              = 3 883 ohms                  quoi ce composant peut bien servir.                                            0,1 µF (voir C7 et C8).


                          ELECTRONIQUE et Loisirs magazine              23        Cours d’Electronique – Deuxième niveau
                                                  LE COURS


SECTEUR
  220 V
                                                                                                                              MICA




                                                                                                             TR2



                                                                                               B                              E




                                                                     E

                                                                     C   C5          TR1                R3

                                                                     B
                                                                                     R2
                                                                                                   C6             TR3
                                                                R1                        DZ1
                                                                               IC1

                                                                                                        C3
                                                                               C4


                                                          RS1

                                                                          C2
                                                                                                                   R4

                                                                                                   C1




                                                                                                             R5
                     T1
                                                                                          C7                 R7


                                                                                                   R8

                                                                                                    R9
                                                                                     C8



                            A         K




                                          ÉCROU
ENTRETOISE                                                                                                                ENTRETOISE




                S1
                                  A

                            K


                                                                                                                     VERS
                                                                                                                  VOLTMÈTRE

                                DL1                                                                                                    R6

                                                                 SORTIE




             ELECTRONIQUE et Loisirs magazine        24     Cours d’Electronique – Deuxième niveau
                                                            LE COURS




                               Figure 24b : Dessin, à l’échelle 1, du circuit imprimé de l’alimentation.


La résistance R9 de 2 200 ohms 1/2
watt reliée en parallèle à ces deux con-
densateurs, sert à les décharger cha-
                                                                       Liste des composants
que fois que l’alimentation s’éteint, ou
bien lorsque l’on passe d’une tension            R1         =   2,2 kΩ 1/2 W                RS1       = Pont redres.
supérieure à une tension inférieure.             R2         =   3,3 kΩ                                  80 V 3 A.
                                                 R3         =   1 kΩ                        DL1       = LED
Pour connaître la tension présente sur           R4         =   0,27 Ω 3 W                  DZ1       = Zener 4,3 V 1/2 W
les douilles de sortie, il suffit d’insérer,     R5         =   1 kΩ                        TR1       = NPN BC547
comme nous l’avons fait, un voltmètre            R6         =   4,7 kΩ pot. lin.            TR2       = NPN TIP33
de 30 volts à fond d’échelle.                    R7         =   560 Ω                       TR3       = NPN BC547
                                                 R8         =   1 kΩ                        IC1       = Intégré LS141
                                                 R9         =   2,2 kΩ 1/2 W                T1        = Transfo.
La réalisation pratique                          C1         =   2 200 µF                                50 W (T050.03)
                                                                électrolytique                          sec. 21 V 2,5 A
Tous les composants nécessaires à la             C2         =   100 nF polyester            S1        = Interrupteur
réalisation de cette alimentation trou-          C3         =   100 µF                      Voltmètre = 30 V
vent leur place sur le circuit imprimé de                       électrolytique
la figure 24b.                                   C4         =   100 nF polyester
                                                 C5         =   3,3 nF polyester            Sauf indication contraire, les résis-
                                                 C6         =   3,3 nF polyester            tances sont des 1/4 W à 5 %.
L




    Figure 24a : Schéma d’implantation
                                                 C7         =   220 µF
de l’alimentation. Avant de fixer le
transistor de puissance TR2 sur le                              électrolytique
radiateur de refroidissement, nous vous          C8         =   100 nF polyester
conseillons de regarder les figures 29
et 30.


                           ELECTRONIQUE et Loisirs magazine       25   Cours d’Electronique – Deuxième niveau
                                                         LE COURS

                                                                                       Sur la figure 24a, vous pouvez voir le
                                                                                       schéma d’implantation et sur la figure
                                                                                       25, la photo de l’alimentation une fois
                                                                                       le montage terminé.

                                                                                       Vous pouvez commencer par monter
                                                                                       le support du circuit intégré IC1 puis,
                                                                                       après en avoir soudé les 8 broches sur
                                                                                       les pistes en cuivre du circuit imprimé,
                                                                                       insérer les quelques résistances ainsi
                                                                                       que les condensateurs polyester.

                                                                                       Sur la droite du support de IC1, insérez
                                                                                       la diode zener DZ1, en vérifiant que sa
                                                                                       bague soit bien dirigée vers le haut.

                                                                                       Après ces composants, vous pouvez
                                                                                       insérer les condensateurs électrolyti-
                                                                                       ques en respectant la polarité +/– des
                                                                                       deux broches.

                                                                                       La broche la plus longue est toujours
                                                                                       le positif et donc, elle doit toujours
                                                                                       être insérée dans le trou indiqué par le
                                                                                       signe “+”.
Figure 25 : Sur cette photo, vous pouvez voir le circuit imprimé, une fois tous les    Insérez ensuite, sans trop en raccour-
composants montés. Nous vous conseillons de maintenir la résistance bobinée
R4 à une distance d’un à deux millimètres du circuit imprimé.                          cir les broches, les transistors TR1 et
                                                                                       TR3 dans les emplacements prévus à
                                                                                       cet effet, en dirigeant la par tie plate
                                                                                       de leurs corps vers le transformateur
                                                                                       T1.

                                                                                       Vous devez également insérer sur le
                                                                                       circuit imprimé les quatre borniers à 2
                                                                                       pôles (celui utilisé pour relier le cordon
                                                                                       de la prise secteur 220 volts n’est pas
                                                                                       visible sur le dessin de la figure 24a
                                                                                       car recouvert par T1).

                                                                                       Sur la droite du transformateur T1,
                                                                                       insérez le pont redresseur RS1, en diri-
                                                                                       geant la partie marquée d’un signe “+”
                                                                                       vers le haut.

                                                                                       Dans les trous de sortie E, C et B
                                                                                       de TR2, dans les trous pour les trois
                                                                                       fils de R6 et dans les deux trous A
                                                                                       et K de DL1, insérez et soudez des
                                                                                       picots qui vous permettront de raccor-
                                                                                       der les fils sans devoir retourner le cir-
                                                                                       cuit imprimé.

                                                                                       Pour finir, vous devez fixer le trans-
                                                                                       formateur T1 sur le circuit imprimé.
                                                                                       Les vis de droite sont bloquées avec
                                                                                       des écrous, celles de gauche avec des
                                                                                       entretoises.

                                                                                       Les deux trous de droite du circuit
                                                                                       imprimé sont également équipés d’en-
                                                                                       tretoises. Elles serviront à maintenir à
                                                                                       distance le circuit du fond du coffret
                                                                                       métallique.
Figure 26 : Le circuit imprimé devra être fixé sur la partie perforée du coffret à
l’aide d’entretoises métalliques. Vous fixerez le voltmètre sur la face avant, ainsi   Une fois le transformateur fixé, installez
que la diode LED, les borniers de sortie et le potentiomètre R6 nécessaire pour        le circuit intégré IC1 dans son support,
régler la tension.
                                                                                       en dirigeant son repère-détrompeur en


                       ELECTRONIQUE et Loisirs magazine        26   Cours d’Electronique – Deuxième niveau
                                                              LE COURS

                                                                                                forme de U vers le condensateur poly-
                                                                                                ester C4.

                                                                                                Lorsque vous insérez ce circuit intégré
                                                                                                dans son support, assurez-vous que
                                                                                                toutes les pattes entrent parfaitement
                                                                                                dans les trous de ce dernier, car si
                                                                                                une seule d’entre elles se replie vers
                                                                                                l’extérieur, le circuit ne fonctionnera
                                                                                                pas.

                                                                                                Si les pattes de ce circuit intégré s’avè-
                                                                                                rent être trop écartées par rapport
                                                                                                au support, nous vous rappelons que,
                                                                                                pour remédier à cet inconvénient, il suf-
                                                                                                fit d’appuyer les deux côtés du circuit
                                                                                                intégré sur le rebord d’une table.

                                                                                                Vous pouvez dès lors prendre le radia-
Figure 27 : Le transistor TR2 devra être fixé sur le radiateur de refroidissement               teur pour y fixer le transistor de puis-
placé sur le fond du coffret.
                                                                                                sance TR2.




                                                 8   +V   6   5

                                                                                      B
                                                                                                    A     K
                                                                             E              C
                      B C E                                                                         DIODE
                                                                                                               A    K
                                                 1   2    3   -V                  BC 547             LED

                              TIP 33                 LS 141



Figure 28 : Brochage, vu de dessus du transistor TIP33 (TR2) et du circuit intégré LS141 (IC1) Brochage, vu de dessous
des BC547 (TR1 et TR3). La broche la plus longue, “A” de la diode LED doit être reliée à R1 et la broche la plus courte,
“K” à la masse.




                                       ISOLANT
                                         MICA

                                                                                                                         ISOLANT
                                                                                 RONDELLE                                  MICA
                                                                                 ISOLANTE




           RONDELLE
           ISOLANTE




                                                                                                                                   TR1




Figure 29 : Vous devrez placer l’isolant en mica
entre le côté métallique du corps du transistor TR2
et le radiateur. La rondelle de plastique devra être
insérée sur le corps de la vis de fixation. Si vous
n’isolez pas cette vis à l’aide de la rondelle ou si               Figure 30 : Sur ce dessin en perspective, vous pouvez mieux voir où
vous oubliez le mica, vous provoquerez un court-                   vous devrez placer l’isolant mica ainsi que la rondelle de plastique
circuit.                                                           sur la vis.


                       ELECTRONIQUE et Loisirs magazine              27   Cours d’Electronique – Deuxième niveau
                                                         LE COURS

                                            Une fois constaté que tout est normal,       tif ainsi qu’à la borne “–” du voltmètre
                                            soudez trois fils de cuivre gainé de         part du bornier placé à côté du trans-
                                            plastique sur les broches B, C et E du       formateur T1, tandis que le fil à relier
                                            transistor.                                  à la borne rouge du positif ainsi qu’à
                                                                                         la broche “+” du voltmètre, part du
                                            Faites également très attention à ne         bornier placé sur la droite du circuit
                                            pas inverser les fils B, C et E lorsque      imprimé.
                                            vous les souderez sur les broches à
                                            picots qui se trouvent sur le circuit        Signalons qu’en prélevant un courant
     RONDELLE
     ISOLANTE
                                            imprimé.                                     maximal de 2 ampères pendant plus
                                                                                         d’une heure sur cette alimentation, le
                                            Comme vous pouvez le voir sur la             radiateur de refroidissement chauffera
                                            figure 22, doivent être montés sur la        à tel point qu’il deviendra impossible
                                            face avant : les bornes rouge et noire,      d’y poser la main.
 Figure 31 : Avant de fixer les deux        afin de prélever la tension en sortie,
 bornes de sortie sur la façade du          le potentiomètre R6 pour faire varier        Cela ne doit pas vous inquiéter car
 coffret, vous devrez retirer de leur       la tension de sortie, l’interrupteur de      c’est tout à fait normal, d’autant
 corps la rondelle de plastique. Après      mise sous tensions S1, la diode LED          qu’avec une valeur de tension de 5
 avoir inséré chaque borne dans son         DL1 et, pour finir, le voltmètre.            ou 6 volts, la température du radiateur
 trou, remontez l’ensemble comme                                                         de refroidissement augmentera encore
 sur cette illustration.
                                            Sur la face arrière, vous devez fixer le     davantage !
                                            radiateur de refroidissement muni du
                                            transistor de puissance TR2 (voir figure     Pour permettre à l’air ambiant de refroi-
Important : Comme le corps métallique       27).                                         dir le radiateur, laissez votre alimenta-
de ce transistor doit être isolé du métal                                                tion libre, ne posez pas de documents
du radiateur, vous devrez insérer, avant    Lorsque vous insérez les bornes rouge        dessus et ne la couvrez pas avec un
de le fixer, un isolant mica. N’oubliez     et noir sur le panneau avant, vous           autre appareil.
pas la rondelle isolante, à monter du       devrez retirer leurs écrous ainsi que                                        N G. M.
côté de l’écrou. Les figures 29 et 30       leurs rondelles isolantes et comme
sont parfaitement explicites.               nous l’avons illustré sur la figure 31,
                                            vous devrez insérer dans le trou du
Si vous oubliez de placer le mica ainsi     panneau avant le corps du bornier et
que la rondelle isolante, la tension        derrière, la rondelle isolante en fixant,
positive sera court-circuitée à masse.      pour finir, le tout à l’aide des deux
                                            écrous.
Dans ces conditions, si vous laissez
allumée l’alimentation pendant plu-         Lorsque vous relierez les deux fils
sieurs minutes, le pont redresseur RS1      nécessaires à alimenter la diode LED
grillera en premier, suivi du transforma-   DL1 qui partent des broches A et K,
teur T1.                                    vous devrez respecter leur polarité car,
                                            dans le cas contraire, la diode LED ne
C’est la raison pour laquelle, avant de     s’allumera pas. Le fil K doit être relié à
relier les trois fils aux broches B, C      la broche la plus courte de la diode LED
et E, contrôlez, à l’aide d’un multimè-     et le fil A, à la broche la plus longue.
tre en position “ohm”, que le corps
métallique du transistor est bien isolé     Comme vous pouvez le voir sur le
du métal du radiateur de refroidisse-       schéma d’implantation de la figure 24,
ment.                                       le fil à relier à la borne noire du néga-




                         ELECTRONIQUE et Loisirs magazine      28   Cours d’Electronique – Deuxième niveau
NOTES
        -1
                                                           LE COURS
      30
     N 2
       N°
  ÇO AU
LE IVE
N




                                                 Apprendre
                                                 Apprendre
                ’électronique
               l’électronique
                               partant     zé
                            en par tant de zéro


               n plus des circuits intégrés
               référencés “78xx“ et “79xx“,                               Les alimentations
               il en existe également deux
               autres, référencés LM317 et
               LM337, toujours munis de          Dans la leçon précédente, nous vous avons expliqué comment monter et
      3 pattes, qui, à la différence des         faire fonctionner une alimentation stabilisée munie de transistors.
      premiers, permettent d’obtenir en sor-
      tie des tensions variables positives       Dans celle-ci, nous vous proposons de découvrir des circuits intégrés
      pour le premier ou négatives pour le       stabilisateurs munis de 3 pattes seulement.
      second.
                                                 Ils ont les mêmes dimensions et le même aspect qu’un transistor en boîtier
      Nous en parlerons dans la seconde          TO3 pour la faible puissance et qu’un transistor en boîtier TO220 pour la
      partie de cette leçon.                     forte puissance.
      Enfin, dans la troisième partie, nous      Ils permettent d’obtenir en sortie des tensions stabilisées positives si l’on
      vous présenterons une alimentation         utilise des circuits intégrés dont la référence commence par “78” ou bien
      double en mesure de fournir en sortie
                                                 des tensions stabilisées négatives si la référence des circuits intégrés
      des tensions de 5 + 5, 9 + 9, 12 +
      12 et 15 + 15 volts avec un courant        commence par “79”.
      maximal de 1,2 ampère.

      Les circuits intégrés
      stabilisateurs fixes
      de tension
      Depuis déjà longtemps, il existe des
      circuits intégrés munis de 3 pattes en
      mesure de fournir en sortie des ten-
      sions stabilisées positives ou négati-
      ves sur des valeurs fixes de 5, 8, 12,
      15, 18, et 24 volts.

      Les régulateurs intégrés de mêmes
      dimensions qu’un transistor de puis-
      sance (voir figures 32 et 33) sont en
      mesure de débiter un courant maxi-
      mal de 1 ampère, à condition que
      leur corps soit fixé sur un radiateur de
      refroidissement.

      Si ce n’est pas le cas, il ne sera pas
      possible de prélever plus de 0,5 ou

                              ELECTRONIQUE et Loisirs magazine   30   Cours d’Electronique – Deuxième niveau
                                                           LE COURS

0,6 ampère car, dès que leur corps             lisent uniquement les tensions positi-     2. Les circuits intégrés de mêmes
dépassera la température maximale              ves, comme on peut le voir dans le         dimensions qu’un petit transistor (voir
autorisée par le fabricant, la protection      tableau 1.                                 les figures 34 et 35) sont en mesure
thermique interne s’activera et limitera                                                  de débiter un courant maximal de 0,1
le courant de sortie.                          Tous les circuits intégrés qui commen-     ampère.
                                               cent par les chiffres “79“ stabilisent
Tous les circuits intégrés qui com-            uniquement les tensions négatives,         Tous les circuits intégrés qui commen-
mencent par les chiffres “78“ stabi-           comme on peut le voir dans le tableau      cent par “78L” stabilisent uniquement



          Tableau 1 :                                                       Tableau 2 :
     Régulateurs intégrés                                               Régulateurs intégrés
      positifs série 78xx                                               négatifs série 79xx

                     Tension/courant                                                     Tension/courant
     Référence                                                           Référence
                        de sortie                                                           de sortie
        7805         5   volts   1   ampère                                7905          5   volts   1   ampère
        7808         8   volts   1   ampère                                7908          8   volts   1   ampère
        7812        12   volts   1   ampère                                7912         12   volts   1   ampère
        7815        15   volts   1   ampère                                7915         15   volts   1   ampère
        7818        18   volts   1   ampère                                7918         18   volts   1   ampère
        7824        24   volts   1   ampère        EMS                     7924         24   volts   1   ampère   MES


 Figure 32 : Les circuits intégrés dont la référence                 Figure 33 : Les circuits intégrés dont la référence
 commence par “78“ servent à stabiliser des tensions                 commence par “79“ servent à stabiliser des tensions
 positives.                                                          négatives.

 Les lettres qui précèdent ces chiffres, “µa“, “LM“ ou               Sur ces circuits intégrés, on peut également trouver les
 “MC“ par exemple, indiquent le constructeur et les deux             lettres “µA“, “LM“ ou “MC“ avant le “79“ et à sa droite, la
 chiffres qui suivent les deux premiers, par exemple 05 ou           valeur de tension que le circuit intégré stabilise.
 12, indiquent la valeur de tension que le circuit intégré
 stabilise.                                                          Les broches des circuits intégrés “79xx“ sont disposées
                                                                     selon l’ordre suivant, “M“, “E“ et “S“, c’est-à-dire un
 Dans les schémas, la lettre “E“ signifie “Entrée“, la lettre        ordre complètement différent de celui des circuits intégrés
 “M“ indique la “Masse“ et le “S“ la “Sortie“.                       référencés “78“ (voir figure 32).



          Tableau 3 :                                                       Tableau 4 :
     Régulateurs intégrés                                               Régulateurs intégrés
     positifs série 78Lxx                                               négatifs série 79Lxx

                     Tension/courant                                                     Tension/courant
     Référence                                                           Référence
                        de sortie                                                           de sortie
        78L05       5   volts   0,1   ampère                               79L05         5 volts 0,1 ampère
        78L08       8   volts   0,1   ampère    S          E               79L08         8 volts 0,1 ampère       M          S
        78L12      12   volts   0,1   ampère                               79L12        12 volts 0,1 ampère
        78L15      15   volts   0,1   ampère         M                     79L15        15 volts 0,1 ampère            E
        78L18      18   volts   0,1   ampère                               79L18        18 volts 0,1 ampère
        78L24      24   volts   0,1   ampère   S            E              79L24        24 volts 0,1 ampère       M          S



 Figure 34 : Les circuits intégrés dont la référence                 Figure 35 : Les circuits intégrés dont la référence
 commence par “78L“ servent à stabiliser des tensions                commence par “79L“ servent à stabiliser des tensions
 positives.                                                          négatives.

 Contrairement aux circuits intégrés référencés “78xx“ qui           Contrairement aux circuits intégrés référencés “79xx“ qui
 peuvent débiter un courant maximal de 1 ampère (voir                peuvent débiter un courant maximal de 1 ampère (voir
 figure 32), les “78Lxx“ ne peuvent débiter qu’un courant            figure 33), les “79Lxx“ ne peuvent débiter qu’un courant
 maximal de 0,1 ampère.                                              maximal de 0,1 ampère.

 En bas, les pattes “S“, “M“ et “E“ sont vues du dessous,            En bas, les pattes “M“, “E “et “S“ sont vues du dessous,
 c’est-à-dire du côté d’où elles sortent du corps.                   c’est-à-dire du côté d’où elles sortent du corps.


                          ELECTRONIQUE et Loisirs magazine      31   Cours d’Electronique – Deuxième niveau
                                                        LE COURS



                                                                       E                                              S
           E                 S                                                               C           E
                   IC1
                                                                                                 B
                      M                                                                  C           E



                                                                                             B
                                                                                                 C
                                                                                                              B

                                                                                                     E
 Figure 36 : Tous les circuits intégrés
 stabilisateurs, que ce soient les
 positifs ou bien les négatifs, sont
 toujours dessinés dans les schémas                                                              M
 électriques à l’aide d’un rectangle
 du corps duquel sortent les trois
 broches “E“, “M“ et “S“.

 La broche “M“ des circuits intégrés         Figure 37 : Ce schéma simplifié sert à vous faire comprendre comment
 référencés          “78xx“        est       fonctionnent ces circuits intégrés stabilisateurs à tension fixe. Ce schéma est
 électriquement reliée à l’ailette           semblable à celui de la figure 17 de la leçon 29.
 métallique du corps, tandis que
 pour les circuits intégrés référencés
 “79xx“, c’est la broche “E“ qui est
 reliée à l’ailette métallique.

les tensions positives, comme on peut
le voir dans le tableau 3.
                                                                                   E                     S
Tous les circuits intégrés qui commen-                                                       M
cent par “79L” stabilisent uniquement
les tensions négatives, comme on peut
le voir dans le tableau 4. Bien que
                                                                2 200 µF                                                  220 µF
leurs dimensions soient assez rédui-                                        100 000 pF                   100 000 pF
tes, ces deux stabilisateurs contien-
nent un circuit électrique complexe
composé de 18 transistors, 22 résis-
tances et 3 diodes zener.

Pour comprendre dans les grandes
lignes le fonctionnement de ces stabi-       Figure 38 : La capacité du condensateur électrolytique à appliquer sur la broche
lisateurs, nous en avons reproduit un        “E“ se calcule grâce à la formule indiquée dans le texte. Il serait préférable, entre
schéma particulièrement simplifié sur        les broches “E“ et “S“ et la “M“ de toujours relier deux condensateurs polyesters
la figure 37, composé de trois transis-      de 100 000 pF (100 nF).
tors et d’une diode zener.

La tension à stabiliser est appliquée
sur la patte “E” (entrée), la tension sta-
bilisée est prélevée sur la patte “S”
(sortie), tandis que la dernière, la patte
“M”, est reliée à la masse.                                                       7808

La tension d’entrée                                                           E                  S                     8,7 V
                                                                                     M                                POSITIFS
Dans la leçon 29, nous avions men-
tionné le fait que la tension à appliquer
                                                                                             DIODE AU SILICIUM
sur l’entrée d’un circuit stabilisateur
devait être 1,4 fois supérieure à la ten-
sion à stabiliser.

Si cela s’applique également pour les
circuits intégrés régulateurs 12, 15, 18
et 24 volts, ce n’est pas le cas pour
ceux de 5 ou 8 volts.                        Figure 39 : Si l’on prend un circuit intégré µa7808 qui fournit 8 volts positifs
                                             en sortie et que l’on relie, entre la broche “M“ et la masse, une diode silicium,
En ce qui concerne les circuits intégrés     en dirigeant sa cathode (+) vers la masse, on prélèvera en sortie une tension
                                             stabilisée de 8,7 volts.
stabilisateurs de 5 volts, la tension à


                          ELECTRONIQUE et Loisirs magazine     32    Cours d’Electronique – Deuxième niveau
                                                                  LE COURS

appliquer sur l’entrée ne doit pas être               En ce qui concerne le circuit intégré                           microfarads =
inférieure à 9 volts.                                 7812 ou 78L12, qui en théorie devrait                      20 000 : (volts : ampères)
                                                      fournir en sortie une tension stabilisée
En ce qui concerne les circuits intégrés              de 12 volts, ne vous étonnez pas si          On utilisera donc une capacité de :
stabilisateurs de 8 volts, la tension à               vous prélevez sur sa patte “S“ une ten-
appliquer sur l’entrée ne doit pas être               sion comprise entre 11,8 et 12,2 volts.                           20 000 : (10 : 1)
inférieure à 12 volts.                                                                                                = 2 000 microfarads
                                                      Le condensateur
                                                                                                   Si on utilise un circuit intégré stabilisa-
La tolérance                                          d’entrée et de sortie
                                                                                                   teur en mesure de débiter un courant
sur les tensions de sortie
                                                      Pour calculer la capacité du condensa-       de 1 ampère et que l’on applique sur
Signalons que tous les circuits inté-                 teur électrolytique à appliquer après le     sa patte “E“ une tension continue de
grés stabilisateurs, comme tous les                   pont redresseur, on peut utiliser les        15 volts, on devra utiliser un condensa-
autres composants électroniques, ont                  mêmes formules que celles reportées          teur électrolytique d’une capacité d’au
leur propre tolérance.                                dans la leçon 29.                            moins :

En ce qui concerne le circuit intégré                 Donc, si l’on a un circuit intégré stabi-                         20 000 : (15 : 1)
7805 ou 78L05, qui, en théorie,                       lisateur en mesure de débiter un cou-                           = 1 333 microfarads
devrait fournir en sortie une tension                 rant de 1 ampère et que l’on applique
stabilisée de 5 volts, ne vous étonnez                sur sa patte “E“ une tension continue        Etant donné que cette valeur, tout
pas si vous prélevez sur sa patte “S“                 de 10 volts, on devra utiliser un con-       comme la précédente, n’est pas une
une tension de 4,9 volts ou bien de                   densateur électrolytique d’une capacité      valeur standard, on pourra utiliser dans
5,1 volts.                                            d’au moins :                                 les deux cas une capacité de 2 200




                         7808
                                                                                                          7908
                     E              S                    9,4 V
                              M                        POSITIFS                                    E              S                     8,7 V
                                                                                                           M                       NÉGATIFS

                                  DIODE AU SILICIUM                                                            DIODE AU SILICIUM




                                                                              Figure 41 : Si on relie entre la broche “M“ et la masse
 Figure 40 : Si on relie à la broche “M“ ainsi qu’à la masse                  du circuit intégré µa7908 fournissant 8 volts négatifs en
 du circuit intégré µa7808 deux diodes au silicium, en                        sortie, une diode au silicium en dirigeant sa cathode (+)
 dirigeant leurs cathodes (+) vers la masse, on prélèvera                     vers la broche “M“, on prélèvera alors en sortie une tension
 alors en sortie une tension de 9,4 volts.                                    de 8,7 volts.




                         7808                                                                          7808
                                                                                                                                           9V
                     E             S                                                              E               S
                              M                                                                           M
                                                 R1                                                                      R1   320 ohm




                     10 µF                       R2                                               10 µF                  R2   40 ohm




 Figure 42a : Plutôt que d’utiliser une ou deux diodes au
 silicium pour augmenter la valeur de la tension de sortie, on                Figure 43 : Si l’on applique sur la sortie d’un circuit intégré
 pourrait utiliser deux résistances R1 et R2. Pour calculer                   µa7808 une résistance de 320 ohms et une de 40 ohms,
 la valeur de R1 et R2, on utilisera les formules indiquées                   et que l’on relie la broche “M“ à la jonction, on obtiendra
 sur le tableau de la figure 42b.                                             en sortie une tension de 9 volts et non pas de 8 volts.


                             ELECTRONIQUE et Loisirs magazine            33   Cours d’Electronique – Deuxième niveau
                                                                  LE COURS

microfarads (dans ce cas pré-                                                                                  trouverez sur le tableau de la
cis, qui peut le plus peut le                                                                                  figure 42b :
moins !).                                         R1 = volts régulateur : 0,025
                                                                                                               - Le nombre 0,025 représente
                                                  R2 = (volts “S” – volts régulateur) : 0,025
On devra toujours relier en                                                                                    les ampères (correspondant à
sortie un condensateur d’une                      volts “S” = [(R2 : R1) + 1] x volts régulateur               25 milliampères) que l’on fera
capacité environ 10 fois infé-                                                                                 passer sur les deux résistances
rieure à celle d’entrée, et donc,                                                                              et sur la patte “M“ du circuit
on pourra utiliser 220 micro-                                                                                  intégré.
farads, ou même 100 microfa-
rads.                                                                                                          - volts régulateur est la tension
                                                                                                               du circuit intégré.
Il est conseillé d’appliquer
sur l’entrée et sur la sortie                                                                                  - volts “S“ est la tension que
un condensateur polyester de                                                                                   l’on veut prélever sur la patte de
100 000 picofarads, en reliant                                                                                 sortie de ce circuit intégré.
l’extrémité opposée le plus
près possible de la patte “M“                                                                                  Exemple :
(voir figure 38).                                                                                              Si l’on dispose d’un circuit inté-
                                                                                                               gré 7808 de 8 volts, on voudra
                                                                                                               connaître les valeurs des résis-
Pour augmenter                                   Figure 42b : Voici comment calculer la valeur de              tances à utiliser pour R1 et R2
la tension de sortie                             R1 et R2.                                                     afin de pouvoir prélever 9 volts
Les circuits intégrés stabilisa-                                                                               en sortie.
teurs nommés ci-dessus four-
nissent en sortie des valeurs stan-                   figure 39), on obtiendra en sortie une        Solution :
dard de 5, 8, 12, 15, 18 et 24 volts,                 tension de 8 + 0,7 = 8,7 volts.               Etant donné que l’on connaît la valeur
donc, si l’on veut obtenir en sortie                                                                du circuit intégré, c’est-à-dire 8 volts,
une tension stabilisée de 9 volts, ou                 Si l’on applique deux diodes silicium         on commencera par calculer la valeur
bien de 13 volts, on ne trouvera aucun                entre la patte “M“ et la masse (voir          de la résistance R1 :
circuit intégré en mesure de nous la                  figure 40), on obtiendra en sortie une
fournir.                                              tension de 8 + 0,7 + 0,7 = 9,4 volts.                       8 : 0,025 = 320 ohms

Nous allons donc vous expliquer com-                  Si l’on souhaite obtenir en sortie une        Dans un deuxième temps, on calculera
ment il est possible de prélever sur un               tension exacte de 9 volts, on devra           la valeur de la résistance R2, en sous-
circuit intégré une tension supérieure à              appliquer un pont diviseur résistif entre     trayant les 8 volts du circuit intégré aux
celle qu’il peut théoriquement fournir,               la patte U et la masse, en reliant la         9 volts que l’on veut obtenir en sortie
sans pour autant utiliser un régulateur               patte “M“ sur la jonction des deux            et en divisant le résultat par 0,025 :
spécialisé.                                           résistances R1 et R2, comme sur la
                                                      figure 42a.                                               (9 – 8) : 0,025 = 40 ohms
Si l’on a un circuit intégré de type
7808 (qui fournit 8 volts en sortie) et               Pour calculer la valeur des deux résis-       Pour connaître la valeur de la tension
que l’on applique une diode silicium                  tances R1 et R2, on peut utiliser les         que l’on prélèvera de la patte de sor-
entre la patte “M“ et la masse (voir                  deux formules très simples que vous           tie (voir figure 43) à l’aide de ces




                           7808                                                                        7805
                                                     8 à 10,4 V                                                                       9V
                       E            S                                                              E            S
                               M                                                                           M
                                           R1     330 ohm                                                             R1   200 ohm


                                        10,4 V

                                                   100 ohm                                                            R2   160 ohm
                       10 µF                      TRIMMER                                          10 µF
                                           R2




 Figure 44 : Si on remplace la résistance R2 de 40 ohms par                   Figure 45 : Si l’on applique sur la sortie d’un circuit intégré
 un trimmer de 100 ohms, en réglant le curseur, on pourra                     µa7805 une résistance de 200 ohms et une de 160 ohms,
 faire varier la tension de sortie d’une valeur minimale de                   et que l’on relie la broche “M“ à la jonction, on obtiendra
 8 volts jusqu’à une valeur maximale de 10,4 volts.                           en sortie une tension de 9 volts et non pas de 5 volts.


                               ELECTRONIQUE et Loisirs magazine          34   Cours d’Electronique – Deuxième niveau
                                                                    LE COURS

deux valeurs de résistance,                                                                                                  (9 – 5) : 0,025 = 160 ohms
on devra utiliser cette for-
mule :                                                              7805                                                    Pour savoir quelle tension
                                                                                              5 à 11 V                      on prélèvera sur la sortie
        volts sortie =                                          E            S                                              du circuit intégré avec
       [(R2 : R1) + 1]                                                                                                      ces deux valeurs de résis-
                                                                        M
    x volts circuit intégré                                                        R1   180 ohm
                                                                                                                            tance (voir figure 45), on
                                                                                                                            devra utiliser cette for-
En insérant nos données, on                                                      11 V                                       mule :
obtiendra :
                                                                                         220 ohm
                                                                10 µF                   TRIMMER                                       volts sortie =
                                                                                   R2
[(40 : 320) + 1] x 8 = 9 volts                                                                                                       [(R2 : R1) + 1]
                                                                                                                                  x volts circuit intégré
Pour peu que vous soyez
un tant soit peu doué                                                                                                       En insérant nos données
en mathématiques, vous                                                                                                      dans la formule, on obtien-
aurez déjà compris qu’il                                                                                                    dra :
vous faudra procéder de la                  Figure 46 : Si on utilise, dans le schéma de la figure
façon suivante :                            45, une valeur de 180 ohms pour R1 et un trimmer de                                   [(160 : 200) + 1] x 5
                                            220 ohms pour R2, en réglant le curseur du trimmer, on                                      = 9 volts
    40 : 320 = 0,125                        pourra faire varier la tension de sortie de 5 volts jusqu’à
                                            11 volts.
                                                                                                                            On effectuera tout d’abord
    0,125 + 1 = 1,125                                                                                                       la division, puis la somme
                                                                                                                            et enfin, la multipli-
    1,125 x 8 = 9 volts                               prélèvera en sortie une valeur de :                cation :

Etant donné que les valeurs requises                      [(100 : 330) + 1] x 8 = 10,4 volts                     160 : 200 = 0,8
pour R1 et R2 ne sont pas des valeurs
standards, on pourra choisir une résis-               Si l’on tourne le curseur du trimmer R2                    0,8 + 1 = 1,8
tance de 330 ohms pour R1 et un petit                 jusqu’à environ mi-course, on obtiendra
trimmer de 100 ohms pour R2 (voir                     les 9 volts requis.                                        1,8 x 5 = 9 volts
figure 44).
                                                      Exemple :                                          Etant donné que les valeurs requises
Si l’on tourne le curseur du trimmer                  Si l’on dispose d’un circuit intégré               pour R1 et R2 ne sont pas des valeurs
vers la masse, la résistance R1 aura                  7805 de 5 volts, on voudra connaître               standards, on pourra choisir une résis-
une valeur de :                                       les valeurs de résistance à utiliser pour          tance de 180 ohms pour R1 et un petit
                                                      R1 et R2 afin de pouvoir obtenir 9 volts           trimmer de 220 ohms pour R2 (voir
          330 + 100 = 430 ohms                        en sortie.                                         figure 46).

tandis que la résistance R2 aura une                  Solution :                                         Si l’on tourne le curseur du trimmer
valeur de 0 ohm, et que l’on prélèvera                On commencera par calculer la valeur               vers la masse, la résistance R1 aura
donc en sortie une tension de :                       de la résistance R1 :                              une valeur de :

       [(0 : 430) + 1] x 8 = 8 volts                            5 : 0,025 = 200 ohms                                   180 + 220 = 400 ohms

Si l’on tourne le curseur du trimmer                  puis on calculera la valeur de la résis-           tandis que la résistance R2 aura une
vers la résistance R1 de 330 ohms, on                 tance R2 :                                         valeur de 0 ohm, et que l’on prélèvera




                               PNP                                                                           NPN
                           E       C                                                                     E         C
                                           78xx                                                                            79xx
                               B                                                                             B
                                       E          S                                                                    E            S
                      R1                    M                                                       R1                      M




 Figure 47 : Pour augmenter l’intensité disponible en sortie                     Figure 48 : Pour augmenter l’intensité disponible en sortie
 d’un circuit intégré positif de la série “78xx“, on devra                       d’un circuit intégré négatif de la série “79xx“, on devra
 ajouter un transistor de puissance de type PNP.                                 ajouter un transistor de puissance de type NPN.

 Pour calculer la valeur de la résistance R1, voir le texte.                     Pour calculer la valeur de la résistance R1, voir le texte.


                               ELECTRONIQUE et Loisirs magazine             35   Cours d’Electronique – Deuxième niveau
                                                         LE COURS

donc en sortie une tension de :

       [(0 : 400) + 1] x 5 = 5 volts
                                                                            TR1 - PNP
Si l’on tourne le curseur du trimmer                                            E       C
vers la résistance R1 de 180 ohms, on                                                            7812
prélèvera en sortie une valeur d’envi-                    15 V
                                                                                    B
ron :                                                                                        E    IC1   S
                                                                           R1                     M
   [(220 : 180) + 1] x 5 = 11,11 volts
                                                                 C1                     C2              C3             C4
Le curseur du trimmer de 220 ohms
devra être tourné jusqu’à obtenir les 9
volts requis.

Pour augmenter l’intensité en sortie
                                             Figure 49 : Schéma synoptique d’une alimentation capable de débiter 12 volts
Comme on peut le voir sur les tableaux       sous 2 ampères.
1 et 2, tous les circuits intégrés stabi-
lisateurs de la série 78 et 79 réussis-
                                                                  R1                =        1,61 Ω (2 x 3,3 Ω en //)
sent à débiter un courant maximal de                              C1                =        4 700 µF électrolytique
1 ampère.                                                         C2                =        100 nF polyester
                                                                  C3                =        100 nF polyester
Si on veut obtenir en sortie un courant                           C4                =        470 µF électrolytique
supérieur, par exemple 1,5, 2 ou 2,5                              IC1               =        Régulateur µa7812
ampères, il faut relier sur ces circuits                          TR1               =        Transistor PNP type TIP34
intégrés un transistor de puissance en
mesure de débiter le courant requis.
                                            LX.5014, non seulement pour vérifier                   Même si ces formules sont extrême-
Dans le cas d’un circuit intégré qui sta-   si un transistor fonctionne ou s’il est                ment simples, nous vous proposons
bilise seulement les tensions positi-       défectueux, mais également pour con-                   deux exemples qui serviront à dissiper
ves, c’est-à-dire de la série 78xx, on      naître la valeur Hfe dont on a besoin,                 un quelconque doute éventuel.
devra utiliser un transistor de puis-       comme dans les cas qui nous occu-
sance PNP et modifier le schéma             pent.                                                  Exemple :
comme sur la figure 47.                                                                            On a besoin d’une tension stabilisée
                                            Calculer la valeur de la R1                            de 12 volts 2 ampères.
Dans le cas d’un circuit intégré qui sta-
bilise seulement les tensions négati-       Pour calculer la valeur de R1, la solu-                On sait donc déjà que si on utilise un
ves, c’est-à-dire de la série 79xx, on      tion la plus simple est d’effectuer ces                circuit intégré 7812, on devra utiliser
devra utiliser un transistor de puis-       trois opérations :                                     également un transistor de puissance
sance PNP et modifier le schéma                                                                    de type PNP.
comme sur la figure 48.                     1) Calculer le courant que la base du
                                               transistor TR1, indiquée par les let-               Si l’on veut que le circuit intégré 7812
Signalons que le circuit intégré stabi-        tres “Ib”, doit débiter :                           débite un courant inférieur ou égal à
lisateur débite toujours son courant                                                               0,2 ampère et en admettant que l’on
régulier et que la différence pour                Ib = valeur ampères max. : Hfe                   ait un transistor avec une Hfe de 30,
atteindre la valeur maximale requise                                                               on voudra connaître la valeur de R1.
est débitée par le transistor de puis-      2) Calculer le courant que la résis-
sance.                                         tance R1, indiquée par la référence                 Solution :
                                               “IR1”, doit débiter :                               On devra commencer par calculer le
En pratique, il est toujours préférable                                                            courant débité par la Base du transis-
de limiter le courant du circuit intégré                  IR1 = 0,2 – Ib                           tor de puissance :
78xx ou 79xx à une valeur moyenne de
0,2 ampère et ensuite de fournir la dif-    Note :                                                                2 ampères max. :
férence requise à l’aide du transistor      La valeur 0,2 est la valeur maximale                             Hfe 30 = 0,0666 courant Ib
de puissance.                               de courant que l’on veut prélever sur le
                                            circuit intégré stabilisateur.                         Une fois que l’on connaît la Ib de
Pour que le transistor de puissance                                                                0,0666 et étant donné que l’on veut
continue à débiter le courant lorsque       3) Calculer la valeur ohmique de la                    faire débiter seulement 0,2 ampère au
celui-ci dépasse 0,2 ampère, il faut           R1 à l’aide de cette simple for-                    circuit intégré 7812, on calculera le
polariser sa base avec une résistance          mule :                                              courant que devra débiter la R1 :
(voir R1 sur les figures 47 et 48), dont
la valeur doit être calculée en fonction             R1 en ohms = 0,7 : IR1                                       0,2 – 0,0666 =
de la Hfe du transistor.                                                                                     0,1334 ampère (valeur IR1)
                                            Note :
Note :                                      La valeur 0,7 est la valeur de la ten-                 Puisque l’on connaît la valeur que
Dans la leçon 17, nous vous avons           sion minimale qu’il faut appliquer sur la              devra débiter la résistance R1, on
expliqué comment construire le              base du transistor pour qu’il s’active.                pourra calculer sa valeur ohmique :


                          ELECTRONIQUE et Loisirs magazine       36   Cours d’Electronique – Deuxième niveau
                                                                          LE COURS

                                                                                                          férente, c’est-à-dire 25, 30, 40, 45,
                                                                                                          etc.
                             TR2           TR1                                                            Pour ne pas avoir à changer chaque
                              B
                       PNP             E         C                                                        fois la résistance R1, on choisit une
                                                                                                          valeur ohmique comprise entre 9 et
                  R2
                         E         C                      7812                                            12 ohms.
           15 V                            B   PNP

                                                      E    IC1   S                                        De cette façon, même si l’on devait uti-
                             R1                            M                                              liser un transistor avec une Hfe diffé-
                                                                                                          rente, on prélèvera toujours un courant
                  C1                             C2              C3               C4
                                                                                                          compris entre 0,1 et 0,3 ampère sur le
                                                                                                          circuit intégré stabilisateur et la diffé-
                                                                                                          rence sur le transistor de puissance.

                                                                                                          Protection contre
                                                                                                          les courts-circuits
 Figure 50 : Pour protéger la sortie du schéma de la figure 49 des courts-circuits,                       Une alimentation composée d’un cir-
 il faut utiliser deux transistors de puissance PNP identiques (voir TR1 et TR2).                         cuit intégré 78xx et d’un transistor de
                                                                                                          puissance (voir figure 49) n’est pas
 Pour calculer les valeurs des résistances R1 et R2, voir le texte.
                                                                                                          protégée contre les courts-circuits.

                                                                                                          Si les deux fils de sortie entrent en
       0,7 : 0,1334 = 5,247 ohms                          que le circuit intégré 7818 débite un           contact accidentellement, le transistor
                                                          courant de seulement 0,1 ampère, au             TR1 “sautera“.
valeur que l’on pourra arrondir à 5                       lieu de 0,2, on voudra connaître la
ohms.                                                     valeur de R1.                                   Pour protéger l’alimentation contre
                                                                                                          d’éventuels courts-circuits, il est néces-
Etant donné que cette valeur n’est pas                    Solution :                                      saire d’ajouter un second transistor
une valeur standard, pour l’obtenir, on                   On devra commencer par calculer le              (voir TR2 sur la figure 50), identique à
pourra relier en parallèle deux résistan-                 courant débité par la base du transistor        TR1.
ces de 10 ohms ou bien trois résistan-                    de puissance :
ces de 15 ohms.                                                                                           Etant donné que les deux transistors
                                                                         1,5 ampère max. :                TR1 et TR2 doivent être fixés sur un
Pour connaître la valeur de cette résis-                             Hfe 45 = 0,0333 courant Ib           seul radiateur de refroidissement, on
tance en watts, on utilisera la formule                                                                   devra isoler leur corps du métal par
suivante :                                                Une fois que l’on connaît le Ib de              l’intermédiaire d’un mica isolant, sans
                                                          0,0333 et étant donné que l’on veut             oublier d’isoler également les vis de
  watts = (ampères x ampères) x ohms                      faire débiter seulement 0,1 ampère au           fixation par l’intermédiaire des rondel-
                                                          circuit intégré 7818, on calculera le           les.
Ces ampères sont ceux débités par la                      courant que devra débiter la R1 :
résistance R1 et non pas ceux prélevés                                                                    Pour calculer la valeur de la résistance
en sortie du transistor TR1. On a donc                                 0,1 – 0,0333 =                     R2 à appliquer entre l’émetteur et la
besoin d’une résistance de :                                      0,0667 ampère (valeur IR1)              base du transistor TR2 (voir figure 50),
                                                                                                          on pourra utiliser cette formule :
   (0,1334 x 0,1334) x 5 = 0,088 watt                     Puisque l’on connaît la valeur que
                                                          devra débiter la résistance R1, on                  R2 en ohms = 0,7 : ampères max.
On pourra donc utiliser des résistances                   pourra calculer sa valeur ohmique :
de 1/4 de watt.                                                                                           Donc, pour activer la protection lors-
                                                                     0,7 : 0,0667 = 10,49 ohms            que le courant dépasse 1,5 ampère,
Important :                                                                                               on choisira une R2 d’une valeur de :
Le corps du circuit intégré stabilisa-                    Pour obtenir cette valeur, on pourra
teur et celui du transistor de puissance                  relier en parallèle deux résistances de                   0,7 : 1,5 = 0,466 ohm
sont toujours fixés sur un radiateur de                   22 ohms.
refroidissement afin de dissiper rapide-                                                                  que l’on pourra arrondir à 0,47 ohm.
ment la chaleur générée.
                                                          De la théorie à la pratique
                                                                                                          Pour activer la protection lorsque le
Exemple :                                                 Il faut savoir que peu de concepteurs           courant dépasse 2 ampères, on choi-
On a besoin d’une tension stabilisée                      effectuent toutes ces opérations mathé-         sira une R2 d’une valeur de :
de 18 volts 1,5 ampère.                                   matiques pour trouver la valeur R1.
                                                                                                                     0,7 : 2 = 0,35 ohm
On utilisera donc un circuit intégré                      Ils savent bien que s’ils devaient se
7818, auquel on reliera un transistor                     retrouver dans la position de devoir un         La résistance R2 doit être une résis-
de puissance de type PNP.                                 jour changer le transistor utilisé pour         tance à fil et il est toujours préférable
                                                          le remplacer par un autre identique             de la choisir d’environ 3 watts.
Etant donné que l’on a un transistor                      et provenant du même constructeur,
avec une Hfe de 45, et que l’on veut                      la valeur de la Hfe serait toujours dif-                                          N G. M.


                         ELECTRONIQUE et Loisirs magazine                       37     Cours d’Electronique – Deuxième niveau
        -2
                                                              LE COURS
      30
     N 2
       N°
  ÇO AU
LE IVE
N




                                                 Apprendre
                                                 Apprendre
                ’électronique
               l’électronique
                                partant     zé
                             en par tant de zéro


      Circuits intégrés
      pour tensions variables
                                                                              Les alimentations
      Outre les circuits intégrés de la série
      78xx et 79xx, il en existe deux autres      Dans la première partie de cette leçon sur les régulateurs intégrés, nous
      référencés LM317 et LM337, égale-           vous avons expliqué le fonctionnement des 78xx pour les tensions positives
      ment munis de 3 pattes et qui permet-       et des 79xx pour les tensions négatives.
      tent de faire varier la tension de sor-
      tie d’une valeur minimale jusqu’à une       En plus de ces circuits intégrés régulateurs fixes de tension, il en existe
      valeur maximale.                            également deux autres, référencés LM317 et LM337, toujours munis de
                                                  3 pattes, qui, à la différence des premiers, permettent d’obtenir en sortie
      Le circuit intégré LM317 sert à stabi-      des tensions variables positives, pour le premier, ou négatives, pour le
      liser seulement les tensions positives
      (voir figure 51).                           second.
                                                  C’est de ces derniers que nous allons parler dans cette seconde partie.
      Le circuit intégré LM337 sert à stabi-
      liser seulement les tensions négatives      Dans cette leçon, nous vous expliquerons également comment augmenter
      (voir figure 52).                           le courant de sortie et comment transformer une alimentation stabilisée en
                                                  tension en une alimentation stabilisée en courant.
      La tension à stabiliser est, pour ces
      circuits intégrés aussi, appliquée sur


                                                 la patte “E” (Entrée) et la tension stabi-   Tension maximale entrée/sortie
                                                 lisée est prélevée sur la patte “S” (Sor-
                      LM 317                     tie).                                        On pense souvent que la tension maxi-
                                                                                              male pouvant être appliquée sur l’en-
                                                 La troisième patte, n’est pas indiquée       trée “E” est de 40 volts.
                                                 par la lettre “M” (Masse) mais par
                                                 la lettre “V” qui signifie “Variation”. Il   Or, il est également possible de lui
                                                 arrive que sur certains schémas, le “V”      appliquer des tensions de 50, 60, 80,
                                                 soit remplacé par “R” (Réglage) ou par       90 et 100 volts.
                                                 “ADJ” (Adjust - réglage en français).
                                                                                              L’important étant de ne jamais dépas-
                      VSE                        Les caractéristiques de ces deux             ser 40 volts entre la valeur de tension
                                                 types de circuits intégrés sont les sui-     appliquée sur l’entrée par rapport à
       Figure 51 : Le circuit intégré LM317      vantes :                                             celle prélevée sur la sortie.
       sert à réaliser des alimentations
       variables pour des tensions positives      Tension maximale entrée/sortie 40 volts             Donc, si l’on applique 50 volts
       seulement. Pour faire varier la            Tension minimale sortie        1,25 volt            sur l’Entrée (voir figure 53),
       tension en sortie, on utilise la broche    Courant maximal sortie       1,5 ampère             on ne pourra pas stabiliser de
       indiquée par la lettre “V”.
                                                  Puissance maximale             15 watts             tensions inférieures à :


                               ELECTRONIQUE et Loisirs magazine     38   Cours d’Electronique – Deuxième niveau
                                                          LE COURS

      50 – 40 = 10 volts                                                                                   sur la patte “S”, on dépas-
                                                                                                           sera la valeur maximale des
Si l’on applique 100 volts                                                                                 watts :
sur l’entrée (voir figure 54),
on ne pourra pas stabiliser                                                                                  (30 – 18) x 1,5 = 18 watts
de tensions inférieures à :
                                                                                                           Afin de limiter la dissipation
     100 – 40 = 60 volts                                                                                   à une valeur inférieure de
                                                                                                           15 watts, on peut adopter
Si l’on applique 35 volts sur                                                                              deux solutions :
l’entrée, on pourra stabiliser
des tensions allant jusqu’à                                                                                - réduire la consommation
une valeur minimale de 1,25                                                                                  maximale à 1,1 ampère :
volt, parce que la différence
entre la tension appliquée                                                                                 (30 – 18) x 1,1 = 13,2 watts,
en entrée et celle prélevée
en sor tie restera inférieure                                                                           - réduire la tension sur l’en-
ou égale à 40 volts.                            watts = (Vin – Vout) x ampères max.          trée, en la ramenant de 30 à seule-
                                                                                             ment 25 volts :
Tension Sortie minimale                      Vin =   tension appliquée sur la patte
                                                     “E” (input en anglais)                          (25 – 18) x 1,5 = 10,5 watts.
1,25 volt est la tension minimale pou-
vant être stabilisée par le circuit inté-    Vout = tension prélevée sur la patte            Si on applique une tension de 25 volts
gré. Il ne sera donc pas possible                   “S” (output en anglais)                  sur l’entrée et que l’on prélève une ten-
de descendre en dessous de cette                                                             sion de 9 volts en sortie, pour connaî-
valeur.                                      ampères max. = courant prélevé en               tre la valeur maximale du courant que
                                                            sortie                           l’on peut prélever, on devra utiliser la
                                                                                             formule suivante :
Courant sortie maximal
                                             Si on applique une tension de 30
On ne pourra prélever ce courant maxi-       volts sur la patte “E” et une tension                              ampères =
mal de 1,5 ampère que si le corps du         stabilisée de 18 volts 1,5 ampère                      15 : (volts entrée – volts sortie)
circuit intégré est fixé sur un radiateur
de refroidissement spécial.                                                                  Donc, avec 9 volts, on devra se limiter
                                                                                             à seulement :
Dans le cas contraire, on devra se limi-                     LM 337
ter à 0,5 ou 0,6 ampère.                                                                             15 : (25 – 9) = 0,93 ampère

En fait, lorsque le corps du circuit inté-
gré surchauffe, la protection thermique
qui se trouve à l’intérieur fait chuter la
                                                                                             Les alimentations
tension présente sur les pattes de sor-                                                      à tensions fixes avec
tie.                                                                                         un régulateur variable

Puissance maximale
                                                              VES                            Le schéma qui sert à réaliser une ali-
                                                                                             mentation capable de fournir une ten-
Les 15 watts que l’on trouve ici repré-       Figure 52 : Le circuit intégré LM337           sion d’une valeur fixe, en utilisant un
sentent la puissance maximale que le          sert à réaliser des alimentations              circuit intégré LM317, se trouve sur la
circuit intégré peut dissiper.                variables pour des tensions négatives          figure 55.
                                              seulement. Pour faire varier la
Pour connaître les watts de dissipation,      tension en sortie, on utilise toujours         Il est conseillé de toujours appliquer
on pourra utiliser cette formule :            la broche indiquée par la lettre “V”.          une tension d’au moins 1,2 fois supé-




                      40 V MAX                                                           40 V MAX
       15 V                                                               100 V
                                               MIN 10 V                                                                   MIN 60 V
                     E           S                                                       E             S
                            V                 MAX 50 V                                          V                        MAX 100 V




                                                                      Figure 54 : Si l’on applique une tension de 100 volts sur
 Figure 53 : La tension minimale pouvant être prélevée en             la broche “E”, on pourra prélever en sortie une tension
 sortie d’un circuit intégré LM317 ou LM337 se calcule en             minimale de 100 – 40 = 60 volts. Si on descend en dessous
 effectuant cette opération “Vin – 40”. Avec une Vin de 50            de cette valeur, à 50 volts par exemple, le circuit intégré
 volts, on peut stabiliser jusqu’à 10 volts.                          sera endommagé.


                           ELECTRONIQUE et Loisirs magazine     39   Cours d’Electronique – Deuxième niveau
                                                                             LE COURS

                                                                                                                                       R2 =
                                                                                                                         [(volts sortie : 1,25) – 1] x R1
                                         DS1
                                                                                                              Le nombre 1,25 correspond à la valeur
                                                                                                              minimale des volts que le circuit inté-
               Vin                                                                 Vu
                                    E                S                                                        gré est en mesure de stabiliser.
                                        LM 317
                                             V                     R1
                                                     DS2                                                      Les fonctions
                     C1            C2                                              C5
                                                                             C4
                                                                                                              des diodes DS1 et DS2
                                                     C3            R2
                                                                                                              La diode DS1, reliée aux pattes “E”
                                                                                                              et “S” avec son anode dirigée vers la
                                                                                                              patte d’entrée “E”, sert à protéger le
                                                                                                              circuit intégré chaque fois que l’alimen-
                                                                                                              tation s’éteint.
 Figure 55 : Schéma électrique d’une alimentation stabilisée pour tensions
 positives mettant en application le circuit intégré LM317. Le même schéma                                    Sans cette diode, la tension positive
 peut être également utilisé pour le LM337 pour tensions négatives, en inversant                              emmagasinée par le condensateur
 tout simplement la polarité des diodes au silicium DS1 et DS2 ainsi que celle                                électrolytique C5, se déchargerait sur
 des condensateurs électrolytiques C1 et C5. Dans le texte, nous avons expliqué                               la patte “S” et endommagerait ainsi le
 comment calculer la valeur des résistances R1 et R2 pour obtenir en sortie la                                circuit intégré.
 valeur de tension requise.
                                                                                                              Avec cette diode, la tension positive
                                                                                                              atteindra la patte “E” et déchargera le
rieure (mais ne dépassant pas 1,4                          Valeur de la résistance R1                         condensateur électrolytique C5.
fois) à la valeur de la tension que l’on
veut stabiliser.                                           Quelle que soit la tension voulue en               La diode DS2, reliée aux pattes “V” et
                                                           sortie, il est toujours préférable de              “S” avec l’anode dirigée vers la patte
Donc, pour obtenir en sor tie une ten-                     choisir une valeur fixe de 220 ohms                “S”, sert à décharger instantanément
sion stabilisée de 12 volts, il est con-                   pour la résistance R1.                             le condensateur électrolytique C3 dans
seillé d’appliquer sur son entrée une                                                                         le cas où la tension de sortie serait
tension :                                                  Note :                                             accidentellement court-circuitée.
                                                           La valeur de la résistance R1 peut
  pas inférieure à 12 x 1,2 = 14,4 volts                   être réduite jusqu’à un minimum de
                                                           180 ou 150 ohms ou bien augmen-
                                                                                                              La valeur des
  pas supérieure à 12 x 1,4 = 16,8 volts
                                                           tée jusqu’à un maximum de 330 ou                   condensateurs
Pour obtenir une tension stabilisée de                     390 ohms.                                          électrolytiques
30 volts en sortie, il est conseillé d’ap-
pliquer sur son entrée une tension :                       Calcul de la résistance R2                         Comme nous vous l’avons déjà expli-
                                                                                                              qué dans la leçon 29, la capacité du
   pas inférieure à 30 x 1,2 = 36 volts                    Pour connaître la valeur de R2, on                 condensateur électrolytique C1 se cal-
   pas supérieure à 30 x 1,4 = 42 volts                    devra utiliser cette formule :                     cule à l’aide de la formule suivante :



                                   T1                                                        DS1


                     S1                  16 - 17 V

                                                                                       E           S
                                                             RS1                             IC1
                     SECTEUR
                       220 V                                                                                 R1
                                                                                               V
                                                                                                   DS2
                                                                        C1          C2                              C4             SORTIE
                                                                                                             R2A              C5    15 V
                                                                                                   C3
                                                                                                             R2B




    Figure 56a : Schéma électrique d’une alimentation stabilisée pour tensions positives capable de fournir en sortie une
                              tension fixe de 15 volts et un courant maximal de 1,5 ampère.

 R1      =     220 Ω                                      C3                 =    220 µF électrolytique            IC1 =        Régulateur LM317
 R2/A    =     2 200 Ω                                    C4                 =    100 nF polyester                 T1 =         Transfo 25 W
 R2/B    =     220 Ω                                      C5                 =    220 µF électrolytique                         Sec. 16 V - 1,5 A
 C1      =     2 200 µF électrolytique                    RS1                =    Pont redresseur
 C2      =     100 nF polyester                           DS1-DS2            =    Diode silicium


                               ELECTRONIQUE et Loisirs magazine                   40       Cours d’Electronique – Deuxième niveau
                                                                LE COURS

                                                                                                    une autre de 220 ohms.

                                                                                                    Si l’on connaît la valeur des résistan-
                FORMULE pour L’ALIMENTATION de la figure 56                                         ces R1 et R2, on pourra connaître la
                                                                                                    tension à prélever sur la patte de sor-
                                R1 = 220 ohms (valeur conseillée)                                   tie “S”, en utilisant la formule :

                                R2 = [(volts sortie : 1,25) – 1] x R1                                    volts sortie = [(R2 : R1) + 1] x 1,25

                                volts sortie = [(R2 : R1) + 1] x 1,25                               Donc, avec une R2 de 2 420 ohms et
                                                                                                    une R1 de 220 volts, on obtiendra en
                                volts entrée min. = volts sortie x 1,2                              sortie une tension de :
                                watts dissipés = (Vin – Vu) x ampères
                                                                                                         [(2 420 : 220) + 1] x 1,25 = 15 volts
            LM 317
                                C1 = 20 000 : (volts entrée : ampères)
                                                                                                    Pour calculer la capacité du conden-
                                                                                                    sateur électrolytique C1 avec une ten-
                                                                                                    sion d’entrée de 22 volts, si l’on veut
                                                                                                    pouvoir prélever un courant maximal de
                                                                                                    1,5 ampère, on utilisera la formule :
 Figure 56b : Formules de calcul des éléments de l’alimentation de la figure
 56a.                                                                                                               microfarads =
                                                                                                               20 000 : (volts : ampères)

 microfarads = 20 000 : (volts : ampères)            valeur maximale 15 x 1,4 = 21 volts            Il nous faudra donc une capacité d’au
                                                                                                    moins :
Il suffit que la capacité des conden-             On pourra alors utiliser une tension
sateurs électrolytiques C3 et C5 (voir            de 19, 20 ou 21 volts, mais égale-                             20 000 : (22 : 1,5) =
figure 55) soit de 10 fois inférieure à           ment de 25 volts, en tenant compte du                           1 363 microfarads
celle du condensateur d’entrée C1.                fait que plus on augmente la tension
                                                  d’entrée, plus le corps du circuit inté-          Etant donné que cette valeur n’est pas
Exemple :                                         gré surchauffera pendant le fonction-             une valeur standard, on utilisera une
Si l’on veut réaliser une alimentation            nement.                                           capacité de 2 200 microfarads.
à l’aide du circuit intégré LM317 (voir
figure 56), capable de fournir en sor-            Si l’on applique une tension de 22 volts          Pour les condensateurs électrolytiques
tie une tension stabilisée fixe de                sur l’entrée “E” et que l’on choisisse            C3 et C5, on choisira une capacité 10
15 volts.                                         une résistance d’une valeur de 220                fois plus petite que celle de C1, c’est-à-
                                                  ohms pour la résistance R1, on pourra,            dire que l’on pourra utiliser 100 micro-
Solution :                                        à l’aide de cette formule, calculer la            farads, ou bien 220 microfarads.
Si l’on veut pouvoir prélever en sortie           valeur de la résistance R2 :
une tension de 15 volts, on doit com-                                                               Pour augmenter
mencer par calculer la tension mini-                 R2 = [(volts sortie : 1,25) – 1] x R1          l’intensité en sortie
male ainsi que la tension maximale,
il suffit d’appliquer ces valeurs sur la            [(15 : 1,25) – 1] x 220 = 2 420 ohms            Si l’on veut obtenir en sortie un cou-
patte d’entrée “E” :                                                                                rant supérieur à 1,5 ampère fourni par
                                                  valeur que l’on obtiendra en reliant en           le circuit intégré, on devra ajouter un
   valeur minimale 15 x 1,2 = 18 volts            série une résistance de 2 200 ohms à              transistor de puissance.




                                 T1                              TR1 - PNP
                                                                   E        C
                  S1                  16 - 17 V

                                                                       B    E              S
                                                   RS1                            LM 317
                   SECTEUR                                        R3
                     220 V                                                                          R1
                                                                                      V
                                                                                           DS2            C4
                                                           C1               C2
                                                                                                                   C5   SORTIE
                                                                                           C3       R2




 Figure 57 : Si on veut prélever un courant supérieur à 1,5 ampère d’un circuit intégré positif LM317, on devra ajouter un
 transistor de puissance PNP et le relier comme sur le schéma. Pour calculer la valeur de la résistance R3 reliée entre la base
 et l’émetteur du transistor de puissance TR1, voir le texte.


                             ELECTRONIQUE et Loisirs magazine          41        Cours d’Electronique – Deuxième niveau
                                                                                   LE COURS


                                          T1                                        TR1 - NPN
                                                                                      E        C

                   S1                            16 - 17 V

                                                                                          B    E                S
                                                                   RS1                               LM 337
                   SECTEUR                                                          R3
                     220 V                                                                                                 R1
                                                                                                         V
                                                                                                                DS2                C4
                                                                              C1               C2
                                                                                                                                                C5     SORTIE
                                                                                                                C3         R2




 Figure 58 : Si on veut prélever un courant supérieur à 1,5 ampère d’un circuit intégré négatif LM337, on devra ajouter un
 transistor de puissance NPN et le relier comme sur le schéma. En utilisant le circuit intégré LM337, on devra inverser la
 polarité de la diode DS2 et celle des condensateurs électrolytiques C1, C3 et C5 (voir figure 57).


Si l’on a un circuit intégré qui sta-                         circuit intégré afin de ne pas le surchar-                   être débité par la résistance R3, que
bilise seulement les tensions positi-                         ger et de faire débiter ensuite la diffé-                    l’on appelle IR3 :
ves, c’est-à-dire un circuit intégré de la                    rence au transistor de puissance.
série LM317, on devra utiliser un tran-                                                                                                              IR3 = 0,2 – Ib
sistor de puissance PNP et modifier le                        Pour activer le transistor de puis-
schéma comme sur la figure 57.                                sance lorsque le courant dépasse 0,2                         Note :
                                                              ampère, on devra polariser sa base                           Le nombre 0,2 est la valeur maximale
Si l’on a un circuit intégré qui sta-                         avec une résistance (voir R3), dont la                       du courant que l’on veut prélever du
bilise seulement les tensions négati-                         valeur dépend de la Hfe du transistor.                       circuit stabilisateur.
ves, c’est-à-dire un circuit intégré de la
série LM337, on devra utiliser un tran-                                                                                    3) Calculer la valeur ohmique de la R3
                                                              Calculer la valeur de la R3
sistor de puissance NPN et modifier le                                                                                     à l’aide de cette simple formule :
schéma comme sur la figure 58.                                Pour calculer la valeur de la R3, la solu-
                                                              tion la plus simple est d’effectuer ces                                     R3 en ohms = 0,7 : IR3
Le transistor de puissance débite le                          trois opérations :
courant supplémentaire que le circuit                                                                                      Note :
intégré n’est pas capable de fournir.                         1) Calculer la valeur du courant qui doit                    Le nombre 0,7 est la valeur minimale
                                                              être débité par la base du transistor                        du courant à appliquer sur la base du
Sachant que ces circuits intégrés                             TR1, que l’on appelle Ib :                                   transistor pour pouvoir l’activer.
débitent un courant maximal de 1,5
ampère, si l’on veut prélever un cou-                                         Ib = ampères max. : Hfe                      Exemple :
rant de 2 ampères, il est préférable de                                                                                    On souhaite réaliser une alimentation
faire débiter 0,2 ampère seulement au                         2) Calculer la valeur du courant qui doit                    en mesure de fournir en sortie une



                                                                                                                                DS1
                                  DS1


                                                                                                         28 V                                                      5 - 19 V
       28 V                                                         5 - 22 V                                          E                  S
                        E                   S                                                                                  LM 317
                                 LM 317
                                                                                                                                  V                    R1
                                    V                   R1                                                                              DS2
                                          DS2                                                                                                                 C4
                                                              C4                                                C1        C2                                          C5
              C1            C2                                           C5                                                             660 ohms        R2A
                                           660 ohms     R2A
                                                                                                                           C3                           R2B
                             C3                         R2B
                                          2 990 ohms


                                                                                                                                              5.000 ohms




 Figure 59 : Pour réaliser une alimentation capable de                                              Figure 60 : Etant donné qu’un potentiomètre de 2 990
 fournir en sortie une tension variable de 5 à 22 volts,                                            ohms n’est pas un potentiomètre standard, on pourra le
 on devra utiliser pour R2/A une résistance de 660 ohms                                             remplacer en utilisant un double potentiomètre de 5 000
 et pour R2/B, un potentiomètre de 2 990 ohms. Pour                                                 ohms dont on reliera en parallèle les deux sections. Etant
 obtenir 660 ohms, on reliera en série deux résistances de                                          donné que l’on obtient ainsi 2 500 ohms seulement, la
 330 ohms.                                                                                          tension maximale ne dépassera pas 19 volts.


                                   ELECTRONIQUE et Loisirs magazine                       42        Cours d’Electronique – Deuxième niveau
                                                                                                     LE COURS



                                                                                                                                                     1,2 ohm                  10000 ohms

                                                                                                                                  E                  S       330 ohms
                    E                     S                                                                                           LM 317
                        LM 317                                            1,25 V                                                                                                                                1,25 V
                                                                                20   30
                                                                                                                                            V                R1
       Vin                                                                 10              40
                             V                                                                  50                                                                                                        20   30


                                                                                                                      Vin
                                                                                                                                                                                                                    40
                                                                      0
                                                                                                                                                    R1                      R1                   0
                                                                                                                                                                                                     10
                                                                                                                                                                                                                         50

                                                                                VOLT                                                                           2
                                          R1                                                                                                                                                              VOLT



                                                                                                                                                         1              C          3
                                                                                                                                                             S1




 Figure 61 : Si on relie à masse la broche “V” du circuit                                                       Figure 62 : Même si la valeur de la résistance R1 était
 intégré ainsi que le broche “S” via la résistance R1, en                                                       de 1,2 ohm, de 330 ou bien encore de 10 000 ohms, la
 sortie, on prélèvera une tension stabilisée de 1,25 volt.                                                      tension en sortie resterait d’une valeur fixe de 1,25 volt.


tension de 12 volts 2 ampères, en                                   Connaissant la valeur débitée par                                  Pour obtenir la tension maximale de 22
utilisant un transistor PNP avec une                                R3, on pourra calculer sa valeur ohmi-                             volts, on devra appliquer sur la patte
Hfe = 30.                                                           que :                                                              “E” une tension d’au moins :

Solution :                                                                                       0,7 : 0,1334 = 5,24 ohms                                    22 x 1,2 = 26,4 volts
On fera alors débiter au circuit intégré
LM317 un courant d’une valeur maxi-                                 valeur que l’on pourra arrondir à                                  on pourra donc appliquer sur son
male de seulement 0,2 ampère et la                                  5 ohms.                                                            entrée une tension continue de 27, 28,
différence de 1,9 ampère sera débitée                                                                                                  29 ou 30 volts.
par le transistor de puissance.                                     Important :
                                                                    Le corps du circuit intégré stabilisateur                          On pourra alors, avec 220 ohms pour
Pour commencer, on calculera le cou-                                et celui du transistor de puissance                                valeur de R1, calculer la valeur de la
rant de la base du transistor TR1 :                                 devront toujours être fixés sur un radia-                          R2, afin d’obtenir 22 volts en sortie :
                                                                    teur de refroidissement pour pouvoir dis-
            2 ampères maxi :                                        siper rapidement la chaleur générée.                                                          R2 =
       Hfe 30 = 0,0666 courant IB                                                                                                                   [(volts sortie : 1,25) – 1] x R1

Sachant que Ib est de 0,0666 et                                     Les alimentations                                                                    [(22 : 1,25) – 1 ] x 220 =
voulant faire débiter seulement 0,2                                 stabilisées variables                                                                3 652 ohms valeur de R2
ampère au circuit intégré, on pourra
calculer le courant que R3 devra débi-                              Pour obtenir en sortie une tension                                 Après quoi, nous pourrons calculer la
ter :                                                               variable d’un minimum de 5 à un maxi-                              valeur que devra assumer la résistance
                                                                    mum de 22 volts, il faut remplacer                                 R2 pour obtenir 5 volts :
            0,2 – 0,0666 =                                          la résistance R2 par un potentiomètre
      0,1334 valeur courant sur IR3                                 linéaire (voir figure 59).                                                  [(5 : 1,25) – 1] x 220 = 660 ohms




                                                                138 mA                                                                                                100
                                                                                                                                                                            200 300 40
                                                                                                                                                                  0
                                                                                                                                                                                       0
                                                                                                                                                                                           500
                                                                                                                                                                                                     138 mA
                                  6,8 ohms 220 ohms                 100
                                                                          200 300 40
                                                                                     0
                                                                                          500                                                                                mA
                                                                0

                E                S         100 ohms                        mA                                                 E                 S
                    LM 317                                                                                                        LM 317
                         V                 R1                                                                                          V                                                                  4,14 V
     Vin                         R1                    R1                                                           Vin                        R1
                                               2                                                                                           9 ohms                                                         10
                                                                                                                                                                                                               20   30
                                                                                                                                                                                                                          40
                                                                                                                                                                                                                               50
                                                                                                                                                                                                      0



                                                                                                                                                                        30                                     VOLT
                                                                                                                                                                       ohms
                                      1            C        3

                                                S1




                                                                                                                Figure 64 : Si la valeur de R1 était de 9 ohms, en sortie
 Figure 63 : Si, à l’aide d’un commutateur rotatif, on relie la                                                 on prélèverait alors 138 mA, et ce, indépendamment de la
 broche “V” à différentes valeurs de R1, on prélèvera alors                                                     valeur ohmique de la charge. En reliant une résistance de
 de cette broche le même courant que celui qui parcourt                                                         30 ohms à la sortie, on retrouvera à ses bornes une tension
 R1.                                                                                                            égale à 4,14 volts.


                             ELECTRONIQUE et Loisirs magazine                                              43   Cours d’Electronique – Deuxième niveau
                                                                                                              LE COURS


                                                     200 300 40                                                                                                                                             200 300 40
                                               100                                                                                                                                                    100
                                           0
                                                                0
                                                                    500
                                                                           138 mA                                                                                                                 0
                                                                                                                                                                                                                       0
                                                                                                                                                                                                                           500
                                                                                                                                                                                                                                 138 mA
                                                      mA                                                                                                                                                     mA
                E                 S                                                                                                                      E                            S
                    LM 317                                                                                                                                        LM 317
                          V                                                         11 V                                                                                      V                                                       13,8 V
     Vin                          R1                                                                                              Vin                                                 R1
                              9 ohms                                                10
                                                                                          20   30
                                                                                                    40
                                                                                                         50
                                                                                                                                                                                  9 ohms                                              10
                                                                                                                                                                                                                                           20   30
                                                                                                                                                                                                                                                     40
                                                                                                                                                                                                                                                          50
                                                                                0                                                                                                                                                 0


                                                                                          VOLT                                                                                                          100                                VOLT
                                                 80
                                                ohms                                                                                                                                                   ohms




 Figure 65 : Si, dans le même circuit que celui de la figure                                                                 Figure 66 : Si on remplace la résistance de 80 ohms par
 64, on relie comme charge une résistance de 80 ohms, le                                                                     une de 100 ohms, le circuit intégré augmentera la valeur
 circuit intégré augmentera la valeur de la tension de sortie                                                                de la tension de sortie de 11 à 13,8 volts, de façon à faire
 de 4,14 à 11 volts, de façon à faire parcourir dans cette                                                                   parcourir dans cette résistance de 100 ohms un courant
 résistance de 80 ohms un courant de 139 mA.                                                                                 de 138 mA.


valeur que l’on obtiendra en reliant en                                   tournant le potentiomètre, de façon à                                                           tension minimale restera toujours de
série deux résistances de 330 ohms.                                       insérer en série aux deux résistances                                                           5 volts :
                                                                          de 330 ohms sa résistance maximale
On devra ensuite relier en série sur                                      de 2 500 ohms.                                                                                             [(660 : 220) + 1] x 1,25 = 5 volts
ces deux résistances un potentiomè-
tre, que l’on appellera R2/B et dont la                                   En réglant le potentiomètre sur sa                                                              Pour obtenir en sortie une tension de
valeur devrait être égale à :                                             résistance maximale, la valeur totale                                                           22 volts, on devra sacrifier la tension
                                                                          de R2 sera de :                                                                                 minimale en remplaçant les deux résis-
       3 652 – 660 = 2 992 ohms                                                                                                                                           tances de 330 ohms avec une seule
                                                                                         2 500 + 330 + 330 = 3 160 ohms                                                   de 1 200 ohms.
Etant donné qu’un potentiomètre d’une
telle valeur n’est pas standard, on                                       et donc, la tension maximale que l’on                                                           En réglant le potentiomètre de façon
pourra utiliser un double potentiomè-                                     pourra prélever ne sera plus de 22                                                              à avoir sa résistance maximale de
tre linéaire de 5 000 ohms en reliant                                     volts, mais de :                                                                                2 500 ohms, on lui ajoutera la valeur
les pattes en parallèle afin d’obtenir la                                                                                                                                 de 1 200 ohms et, de cette manière,
valeur de 2 500 ohms.                                                                               [(3 160 : 220) + 1] x 1,25                                            on obtiendra une valeur totale de
                                                                                                           = 19,2 volts                                                   3 700 ohms.
Comme la valeur de R2/B n’est pas
la valeur requise de 2 992 ohms mais                                      En réglant le potentiomètre de façon                                                            Avec cette valeur, on prélèvera en sor-
qu’elle est de 2 500 ohms, on voudra                                      à cour t-circuiter toute sa résistance,                                                         tie :
savoir quelle tension maximale préle-                                     il ne nous restera comme valeur que
ver sur la sortie du circuit intégré en                                   330 + 330 = 660 ohms, et donc la                                                                    [(3 700 : 220) + 1] x 1,25 = 22,27 volts




                                  T1

               S1                      16 - 17 V
                                                                                                                                         30 mA                                    100 mA

                                                                                                                  E                S                         50 mA
                                                                          RS1                                          LM 317
                SECTEUR
                                                                                                                                                                    25 ohms
                                                                                                                                             41,6 ohms




                                                                                                                                                                                      12,5 ohms




                  220 V                                                                                                                                      R1
                                                                                                                              V                                               R1
                                                                                                                                        R1
                                                                                                                                                              2
                                                                                                                                                1                             3
                                                                                               C1                 C2
                                                                                                                                                                   C
                                                                                         2 200 µF               100 000 pF
                                                                                                                                                             S1
                                                                                                                                                                                    SORTIE




 Figure 67 : Si on voulait réaliser une alimentation pour recharger des piles au nickel-cadmium de 300 mAh, 500 mAh ou de
 1 000 mAh, sachant que le courant de recharge doit correspondre à 1/10 de la capacité maximale, on devrait alors calculer
 la valeur des trois résistances R1 de façon à prélever en sortie 30, 50 et 100 mA. La valeur de ces trois résistances se
 calcule à l’aide de la formule “ohms = (1,25 : milliampères) x 1 000”, pour obtenir 41,6, 25 et 12,5 ohms.


                               ELECTRONIQUE et Loisirs magazine                                                   44         Cours d’Electronique – Deuxième niveau
                                                             LE COURS

En réglant le potentiomètre de façon à        cadmium ou les batteries au plomb, ou                            ohms, on prélèvera toujours en sortie
court-circuiter toute sa résistance, il ne    bien encore pour alimenter des circuits                          une tension de 1,25 volt (voir figure
nous restera comme valeur que 1 200           pour lesquels il est plus important de                           62) :
ohms, et donc la tension minimale que         contrôler le courant que la tension.
l’on pourra prélever sera de :                                                                                        [(0 : 1,2) + 1] x 1,25 = 1,25 volt
                                              Pour transformer une alimentation en
   [(1 200 : 220) + 1] x 1,25 = 8 volts       stabilisateur de courant, il suffit de                                  [(0 : 330) + 1] x 1,25 = 1,25 volt
                                              relier une résistance R1 d’une valeur
                                              calculée à la broche “S” ainsi qu’à la                                 [(0 :10 000) + 1] x 1,25 = 1,25 volt
                                              broche “V”.
Le circuit intégré
LM317 comme                                   De cette façon, on prélèvera en sortie
                                                                                                               Le courant en fonction de R1
stabilisateur de courant                      un courant stabilisé, mais comme il                              Sachant que si l’on insère une résis-
                                              n’est pas toujours facile de compren-                            tance de n’importe quelle valeur entre
Le circuit intégré LM317, en plus d’être      dre comment le circuit intégré peut                              la broche “S” et la broche “V”, on
utilisé comme stabilisateur de tension,       parvenir à stabiliser un courant, nous                           retrouvera toujours en sortie une ten-
peut également être utilisé pour stabi-       essayerons de l’expliquer en partant                             sion de 1,25 volt, il apparaît évident
liser le courant de sortie.                   du schéma de la figure 61, sur lequel                            qu’elle sera donc parcourue par un
                                              on peut voir la broche “V” reliée à la                           courant que l’on pourra calculer avec
Si on l’utilise comme stabilisateur de        masse ainsi que la broche “S”, égale-                            la formule suivante :
tension, on sait déjà qu’en réglant le        ment reliée à la masse, mais par l’in-
circuit de façon à ce qu’il fournisse         termédiaire de la résistance R1.                                             ampères = volts : ohms
n’importe quelle tension en sortie, on
pourra alimenter des circuits qui con-        Comme vous pourrez le remarquer, ce                              Donc, en admettant que l’on utilise des
somment 0,1, 0,5, ou 1,5 ampère car,          schéma est très semblable à celui d’un                           résistances d’une valeur de 6,8, 100
même si le courant varie, la tension          stabilisateur de tension (voir figure 55),                       ou 200 ohms, elles seront parcourues
restera toujours stable par rapport à la      la seule différence étant l’absence de                           par un courant de :
valeur définie.                               la résistance R2.
                                                                                                                         1,25 : 6,8 = 0,183 ampère
Si on l’utilise comme stabilisateur de        Indépendamment de la valeur ohmique
courant, on sait déjà qu’en réglant le        de la résistance R1, on prélèvera en                                      1,25 : 100 = 0,0125 ampère
circuit de façon à ce qu’il fournisse         sortie du circuit intégré, une tension
une tension de 0,3 ampère en sor tie          stabilisée de 1,25 volt.                                                  1,25 : 220 = 0,0056 ampère
et qu’en appliquant sur sa sortie des
circuits qui requièrent une tension de        En fait, si l’on considère la formule qui                        Note :
5, 9, 12 ou 15 volts, ils prélèveront un      nous sert à calculer la tension de sor-                          En multipliant la valeur des ampères
courant fixe de 0,3 ampère de l’alimen-       tie du circuit intégré LM317, c’est-à-                           par 1 000, on obtiendra la conversion
tation, indépendamment de la valeur           dire :                                                           en milliampère.
de la tension d’alimentation.
                                                   volts sortie = [(R2 : R1) + 1] x 1,25                       Si, à présent, on cesse de relier la
On utilise les stabilisateurs de courant,                                                                      résistance R1 à la masse, et qu’on la
plus communément connus comme                 sachant que R2 est de 0 ohm, même                                relie à la broche “V”, puis qu’on relie
générateurs de courant constant, pour         si on choisit une valeur de 1,2 ohm                              n’importe quelle charge entre la bro-
recharger les accumulateurs au nickel-        pour R1, ou bien de 330 ou 10 000                                che “V” et la masse (voir figure 63),




                           T1                               TR1 - PNP
                                                              E       C
               S1                16 - 17 V

                                                                  B        E            S
                                             RS1                               LM 317
                SECTEUR                                     R2
                  220 V                                                                              R1
                                                                                  V
                                                                                            R1                  R1
                                                                                                       2
                                                                                                 1               3
                                                     C1               C2
                                                                                                     S1    C




 Figure 68 : Si on voulait prélever en sortie un courant supérieur à 1,5 ampère, on devrait alors ajouter un transistor de
 puissance PNP en le reliant comme sur ce schéma. Pour calculer la valeur de la résistance R2, voir le texte.


                          ELECTRONIQUE et Loisirs magazine            45       Cours d’Electronique – Deuxième niveau
                                                        LE COURS

celle-ci sera également parcourue par                (30 x 138) : 1 000 =               Rappelons que pour recharger une pile
le courant qui parcourt la résistance              4,14 volts (voir figure 64)          au nickel-cadmium il faut utiliser un
R1.                                                                                     courant qui soit 10 fois inférieur au
                                                     (80 x 138) : 1 000 =               nombre de mAh indiqué sur l’embal-
                                                   11,0 volts (voir figure 65)          lage et la maintenir en charge pendant
Calculer la valeur de R1
                                                                                        un délai d’environ 10 heures, ou mieux
Si l’on veut connaître la valeur ohmi-              (100 x 138) : 1 000 =               encore pendant encore 20 % de temps
que que l’on devra utiliser pour R1 afin           13,8 volts (voir figure 66)          supplémentaire, c’est-à-dire un total de
d’obtenir en sortie un courant déter-                                                   12 heures.
miné, on devra utiliser la formule sui-    Important :
vante :                                    Si, dans les générateurs de courant          Pour les trois piles prises en exemple,
                                           constant aucune charge n’est reliée à        il nous faut donc ces différents cou-
         ohms = 1,25 : ampères             la broche de sortie U, on y retrouvera       rants :
                                           la même tension que celle présente
Note :                                     sur la broche “E”.                           30 mA pour recharger la pile de
1,25 correspond à la tension que le cir-                                                300 mAh
cuit intégré stabilisateur LM317 fournit   Donc, si l’on trouve 20 volts en entrée,
sur sa sortie.                             sur les broches de sortie, sans aucune       50 mA pour recharger la pile de
                                           charge, on retrouvera 20 volts et il en      500 mAh
Si la valeur du courant est exprimée       ira de même s’il s’agit de 24,5 volts.
en milliampère plutôt qu’en ampère, on                                                  100 mA pour recharger la pile de
devra modifier la formule de la manière    La tension en sortie descendra seule-        1 000 mAh
suivante :                                 ment lorsque l’on appliquera sur les
                                           deux broches +/– une charge, qui pour-       Connaissant la valeur des courants
                  ohms =                   rait se constituer d’une résistance, ou      requis, c’est-à-dire 30, 50 et 100
      (1,25 : milliampères) x 1 000        bien d’une pile à recharger, etc.            mA, on pourra calculer la valeur des
                                                                                        résistances R1 à appliquer entre les
Si l’on souhaite réaliser un générateur    Exemple :                                    deux broches “S” et “V” du circuit
de courant constant capable de four-       On veut réaliser un générateur de cou-       intégré :
nir en sortie un courant de 138 mil-       rant constant pour recharger des piles
liampères, on devra appliquer entre        au nickel-cadmium, et pour cela, on a            (1,25 : 30) x 1 000 = 41,66 ohms
les broches “S” et “V”, une résistance     donc besoin de connaître les valeurs
de :                                       de résistances à utiliser pour obtenir           (1,25 : 50) x 1 000 = 25,00 ohms
                                           les courants nécessaires pour leur
     (1,25 : 138) x 1 000 = 9 ohms         charge.                                         (1,25 : 100) x 1 000 = 12,50 ohms

Etant donné que cette valeur ohmique       Solution :                                   Etant donné que ces valeurs ne sont
n’est pas une valeur standard, on          En premier lieu, on contrôlera la capa-      pas des valeurs standards, on pourra
pourra relier en parallèle 2 résistances   cité des piles à recharger, normale-         les obtenir en reliant en parallèle ou
de 18 ohms, et obtenir ainsi :             ment indiquée sur l’emballage en mAh,        en série plusieurs résistances de façon
                                           ce qui signifie milliampères-heure.          à se rapprocher le plus possible à la
            18 : 2 = 9 ohms                                                             valeur requise :
                                           On ne s’intéresse pas à la tension des
Si l’on applique comme charge aux bro-     piles car le générateur de courant cons-     41,66 ohms = valeur que l’on obtien-
ches de sortie de ce générateur de cou-    tant s’occupera automatiquement de                        dra en reliant en paral-
rant constant trois résistances ayant      fournir la tension requise aux bornes                     lèle 2 résistances de
les valeurs ohmiques suivantes :           de chaque pile.                                           82 ohms.

     30 ohms – 80 ohms – 100 ohms          Si l’on a trois piles sur lesquelles figu-   25,0 ohms = valeur que l’on obtien-
                                           rent ces indications :                                   dra en reliant en paral-
étant donné que ces résistances doi-                                                                lèle 4 résistances de
vent être parcourues par un courant            300 mAh – 500 mAh – 1 000 mAh                        100 ohms.
de 138 milliampères, il est évident
que si l’on varie leur valeur ohmique      cela signifie qu’elles peuvent alimenter     12,5 ohms = valeur que l’on obtien-
et que le courant reste le même, c’est     pendant 1 heure environ des circuits                     dra en reliant en série 1
alors la tension de sortie qui devra       qui consomment un courant de 300,                        résistance de 5,6 ohms
varier.                                    500 et 1 000 mAh.                                        et 1 de 6,8 ohms.

Pour connaître la tension que fournira     Si on a une pile de 500 mAh et que           Par l’intermédiaire d’un commutateur
le circuit intégré sur ces charges de      l’on alimente un circuit qui consomme        rotatif à 3 positions, on reliera les
30, 80 et 100 ohms, on utilisera cette     60 milliampères, elle aura une auto-         résistances requises au circuit intégré,
formule :                                  nomie de 500 : 60 = 8 heures envi-           comme représenté sur la figure 67.
                                           ron.
  volts = (ohms x milliampères) : 1 000
                                                                                        Pour obtenir plus de courant
                                           Si on alimente avec cette même pile
On trouvera donc sur les broches de        un circuit qui consomme 120 milliam-         Si on veut obtenir en sortie un cou-
ces résistances les valeurs de tension     pères, elle aura alors une autonomie         rant supérieur au 1,5 ampère que le
suivantes :                                de 500 : 120 = 4 heures environ.             circuit intégré est capable de débiter,


                         ELECTRONIQUE et Loisirs magazine      46   Cours d’Electronique – Deuxième niveau
                                                          LE COURS

on devra ajouter un transistor de puis-       Note :                                     On calculera ensuite le courant de la
sance PNP (voir figure 68).                   Le nombre 0,7 est la valeur de la ten-     base du transistor TR1 :
                                              sion minimale à appliquer sur la base
La valeur de la résistance R1 sera cal-       du transistor TR1 pour qu’il devienne                  2,2 ampères tot. :
culée avec la formule :                       conducteur.                                       Hfe 35 = 0,0628 courant Ib

      R1 en ohms = 1,25 : ampère              Exemple :                                  Sachant que Ib est de 0,0628 et vou-
                                              On souhaite réaliser un générateur de      lant faire débiter au circuit intégré 0,2
Pour calculer la valeur de la résistance      courant constant qui débite un cou-        ampère seulement, on pourra calculer
R2, on devra effectuer ces trois opéra-       rant de 2,2 ampères, en utilisant un       le courant qui doit parcourir R2 :
tions :                                       transistor de puissance PNP dont nous
                                              connaissons la Hfe = 35.                                0,2 – 0,0628 =
1) Calculer le courant qui doit parcou-                                                          0,1372 valeur courant IR2
   rir la base du transistor TR1, que         Solution :
   l’on appelle Ib :                          On fera débiter au circuit intégré LM317   Connaissant la valeur devant parcou-
                                              un courant maximal de seulement 0,2        rir la R2, on pourra calculer sa valeur
         Ib = ampère max. : Hfe               ampère pour ne pas le surcharger et on     ohmique :
                                              fera débiter au transistor de puissance
2) Calculer le courant qui doit par-          la différence de 2 ampères.                        0,7 : 0,1372 = 5,10 ohms
   courir la résistance R2, que l’on
   appelle IR2 :                              On commencera par calculer la valeur       valeur que l’on obtiendra en reliant en
                                              de la résistance R1 avec la formule :      parallèle deux résistances de 10 ohms.
                 IR2 =
ampères débités par le circuit intégré – Ib         R1 en ohms = 1,25 : ampère           Important :
                                                                                         Le corps du circuit intégré stabilisateur
3) Calculer la valeur ohmique de la                    1,25 : 2,2 = 0,568 ohm            et celui du transistor de puissance doi-
   R2 grâce à cette formule très sim-                                                    vent toujours être fixés sur un radiateur
   ple :                                      valeur que l’on pourra obtenir en          de refroidissement afin de dissiper rapi-
                                              reliant en parallèle deux résistances de   dement la chaleur générée.
         R2 en ohms = 0,7 : IR2               1,2 ohm.                                                                   N G. M.




                          ELECTRONIQUE et Loisirs magazine      47   Cours d’Electronique – Deuxième niveau
        -3
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      30
     N 2
       N°
  ÇO AU
LE IVE
N




           La LX.5030,
      une alimentation double
                    5 - 9 - 12 - 15 V sous 1,2 A
                                            Mise en pratique

                                    Dans la première partie de cette leçon nous avons parlé des
                                    78xx et des 79xx. Dans la seconde partie, nous avons traité des
                                    régulateurs variables LM317 et LM337. Dans cette dernière
                                    partie, nous allons mettre en pratique ce que nous avons appris
                                    en réalisant une alimentation de laboratoire double en mesure
                                    de fournir en sortie des tensions de 5+5, 9+9, 12+12 et 15+15
                                    volts avec un courant maximal de 1,2 ampère.




                ne fois la lec-                                                                               positive, tandis que l’on
                ture de cette                                                                                  aura une tension de 8,5
                leçon     termi-                                                                               ou de 9,5 volts sur la
                née, si l’on                                                                                   sortie négative.
                vous demande
      de construire une alimen-                                                                              En positionnant le double
      tation double permettant                                                                              commutateur sur 12 volts,
      d’obtenir une tension                                                                               on pourrait obtenir une ten-
      positive de 12 volts ainsi                                                                         sion de 11,4 volts sur la sor-
      qu’une tension négative                                                                          tie positive et une tension de
      de 12 volts, vous adop-           Figure 69 : Photo de l’alimentation double de 5, 9, 12       12,8 volts sur la sortie négative
      terez sans aucune hésita-        et 15 volts, capable de débiter un courant maximal de        ou vice et versa.
      tion la meilleure solution qui                         1,2 ampère.
      consistera à utiliser un circuit                                                            Pour obtenir une tension double
      intégrée 7812 pour la tension                                                              parfaitement symétrique en sortie,
      positive et un 7912 pour la tension         cun des circuits intégrés, des résis-       plutôt que de modifier la valeur des
      négative.                                   tances que vous pourrez commuter à          résistances placées entre la broche R
                                                  l’aide d’un commutateur double, afin        (réglage) et la masse des circuits inté-
      Si, par contre, on vous demande de          d’obtenir les quatre tensions requises      grés LM317 et LM337, il est préféra-
      construire une alimentation double          en sortie (voir figure 70).                 ble d’utiliser les schémas de la figure
      capable de fournir en sortie quatre                                                     71.
      valeurs de tension, 5, 9, 12 et 15          En théorie, cette solution est parfaite-
      volts positifs et 5, 9, 12 et 15 volts      ment correcte mais, lors de la mise         Comme vous pourrez le constater,
      négatifs, vous choisirez un circuit inté-   en pratique, la tolérance des résis-        entre la broche R et la masse des
      gré LM317 pour la tension positive et       tances du commutateur peut présen-          deux circuits intégrés on applique une
      un circuit intégré LM337 pour la ten-       ter un inconvénient. Donc, le double        résistance de 3 300 ohms (voir R1
      sion négative. Vous relierez ensuite,       commutateur sur 9 volts, il est pos-        et R2) tandis que l’on applique sur
      entre la broche R et la masse de cha-       sible de trouver 9 volts sur la sortie      les deux broches R, par l’intermédiaire


                              ELECTRONIQUE et Loisirs magazine       48   Cours d’Electronique – Deuxième niveau
                                                           LE COURS

                      E                   S
                          LM 317
                                  V

                      S1/A                                                              E            S                                5V
                                                                                            LM 317
                      1       C           4                                                                               4
                                                                                                                              3
                                                                                               V                                      9V
                          2           3
                                                                                                                     S2
                                                                                                                          C
                                                                                                                                      12 V
                                                                                   C5           R1 3 300 ohms                 2
                                                Masse                                                                     1
                                                                                                                Masse
                                                                                                                                      15 V

                                                                                   C6           R2 3 300 ohms

                          2           3
                                                                                               V
                      1       C           4                                             E            S
                      S1/B                                                                  LM 337

                                  V
                      E                   S
                          LM 337


 Figure 70 : Si on vous demande de réaliser une alimentation            Figure 71 : Le schéma de la figure 70 ne pourra jamais
 double, capable de fournir 4 tensions différentes, vous                fournir en sortie deux tensions parfaitement identiques.
 pourrez réaliser ce schéma à double commutateur (voir
 S1/A et S1/B), un circuit intégré LM317 pour la tension                Pour palier un tel défaut, nous vous conseillons d’utiliser
 positive ainsi qu’un circuit intégré LM337 pour la tension             ce circuit qui, en plus d’être très simple, permet d’obtenir
 négative.                                                              en sortie des tensions parfaitement équilibrées.


du commutateur rotatif S2, une seule          devra utiliser cette formule :                       Pour 9 volts, une résistance de :
résistance pour chaque valeur de ten-
sion que l’on souhaite obtenir.                              microfarad =                                       [(9 : 1,25) – 1] x 220
                                                        40 000 : (volt : ampère)                                    = 1 364 ohms
Si l’on utilise une seule résistance, la
tension que l’on prélèvera du côté posi-      et non pas celle qui utilise le nombre               Pour 12 volts, une résistance de :
tif et du côté négatif sera parfaitement      20 000, car la moitié du pont redres-
symétrique.                                   seur RS1 est utilisé pour redresser les                           [(12 : 1,25) – 1] x 220
                                              demi-ondes négatives et l’autre moitié,                               = 1 892 ohms
Donc, si l’on trouvait du côté positif        pour redresser les demi-ondes positi-
une tension de 11,99 volts, on trouve-        ves.                                                 Pour 15 volts, une résistance de :
rait cette même valeur de tension égale-
ment du côté négatif, et si l’on trouvait     Comme les broches E sont parcourues                               [(15 : 1,25) – 1] x 220
une tension de 12,03 volts du côté posi-      par une tension continue d’environ 22                                 = 2 420 ohms
tif, on trouverait cette même valeur de       volts et que l’on pourra prélever une
tension également du côté négatif.            tension maximale de 1,5 ampère en                    Comme nous avons déjà une résis-
                                              sortie, pour C1 et C2, on aura besoin                tance de 3 300 ohms (voir R1 et R2)
La présence du commutateur rotatif S2         d’une capacité au moins égale à :                    reliée entre la broche R et la masse,
à 4 positions dans ce circuit nous per-                                                            on devra calculer la valeur nécessaire
met d’obtenir en sortie les tensions les                 40000 : (22 : 1,5) =                      à appliquer en parallèle à ces résis-
plus fréquemment utilisées :                             2 727 microfarads.                        tances de 3 300 ohms pour obtenir
                                                                                                   les valeurs ohmiques calculées ci-des-
      5+5, 9+9, 12+12, 15+15 volts            Etant donné que cette valeur n’est pas               sus.
                                              une valeur standard, il est préférable
Etant donné que la tension maximale           que pour C1 et C2, nous utilisions un                Pour la connaître, on devra tout sim-
que l’on souhaite obtenir a été fixée         condensateur électrolytique de capa-                 plement effectuer l’opération inverse
à 15+15 volts, on devra relier une ten-       cité supérieure, c’est-à-dire de 4 700               de celle que l’on utilise pour connaî-
sion continue d’environ 16 volts aux          microfarads.                                         tre la valeur ohmique de deux résis-
broches E (entrée) des deux circuits                                                               tances placées en parallèle, c’est-à-
intégrés.                                     On devra alors calculer les valeurs des              dire :
                                              résistances à appliquer entre les bro-
Le transformateur à utiliser devra donc       ches R et la masse, si l’on utilisait un                          (R1 x R2) : (R1 – R2)
avoir un double secondaire capable de         seul circuit intégré.
fournir une tension de 16+16 volts 1,5                                                             on a donc besoin des nouvelles valeurs
ampère.                                       Pour 5 volts, il faudra une résistance               suivantes :
                                              de :
Pour calculer la capacité des conden-                                                                     (3 300 x 660) : (3 300 – 660)
sateurs électrolytiques C1 et C2, on              [(5 : 1,25) – 1] x 220 = 660 ohms                                = 825 ohms


                          ELECTRONIQUE et Loisirs magazine        49   Cours d’Electronique – Deuxième niveau
                                                        LE COURS

    (3 300 x 1 364) : (3 300 – 1 364)      valeur que l’on obtiendra en reliant en      Note :
              = 2 325 ohms                 série :                                      Si, lorsque vous calculez la somme
                                                                                        des résistances placées en série, vous
    (3 300 x 1 892) : (3 300 – 1 892)                3 300 + 150 + 1 200                vous retrouvez avec une différence en
              = 4 434 ohms                      = 4 650 ohms (R9, R10 et R11).          plus ou en moins de quelques ohms
                                                                                        par rapport à la valeur requise, ne
    (3 300 x 2 420) : (3 300 – 2 420)      Pour les 12+12, il faudra une résis-         vous inquiétez pas car les écarts en
              = 9 075 ohms                 tance de :                                   sortie ne seront que de quelques mil-
                                                                                        livolts par rappor t à la tension calcu-
En effet, en reliant en parallèle à une           4 434 + 4 434 = 8 868 ohms            lée.
résistance de 3 300 ohms les valeurs
reportées ci-dessus, on obtiendra :        valeur que l’on obtiendra en reliant en      Les diodes DS1, DS2 et DS3 servent à
                                           série :                                      protéger les deux circuits intégrés sta-
     (3 300 x 825) : (3 300 + 825 )                                                     bilisateurs, tandis que le trimmer R5
              = 660 ohms                             8 200 + 330 + 330 =                sert à corriger la symétrie de la ten-
                                                8 860 ohms (R12, R13 et R14).           sion double, comme nous l’explique-
    (3 300 x 2 325) : (3 300 – 2 325)                                                   rons dans le chapitre consacré au cali-
              = 1 364 ohms                 Pour les 15+15, il faudra une résis-         brage.
                                           tance de :
    (3 300 x 4 434) : (3 300 – 4 434)                                                   Nous avons indiqué en titre que, par
             = 1 891,9 ohms                      9 075 + 9 075 = 18 150 ohms            l’intermédiaire de cette alimentation,
                                                                                        on peut prélever un courant maximal
    (3 300 x 9 075) : (3 300 – 9 075)      valeur que l’on obtiendra en reliant en      de 1,2 ampère, mais en réalité, on
              = 2 420 ohms                 série :                                      peut prélever :

Etant donné que deux résistances de                    150 + 18 000 =                   - pour 15 volts, un courant maximal de
3 300 ohms (voir R1 et R2) se trouvent            18 150 ohms (R15 et R16).               1,5 ampère
déjà à l’intérieur du circuit, on devra
bien évidemment redoubler les valeurs      Nous avons pensé nécessaire de revoir        - pour 12 volts, un courant maximal de
précédemment calculées.                    pas à pas toutes les opérations à effec-       1,2 ampère
                                           tuer pour calculer la valeur de ces résis-
Pour les 5+5 volts, il faudra une résis-   tances afin de permettre à ceux d’entre      - pour 9 volts, un courant maximal de
tance de :                                 vous souhaitant réaliser une alimenta-         0,9 ampère
                                           tion proposant des tensions différen-
        825 + 825 = 4 650 ohms             tes, de savoir comment procéder.             - pour 5 volts, un courant maximal de
                                                                                          0,7 ampère


                                                                                        La réalisation pratique
                                                                                        Tous les composants indiqués sur la
                                                                                        liste des composants et correspon-
                                                                                        dant au schéma électrique de la figure
                                                                                        73, doivent être insérés sur le circuit
                                                                                        imprimé donné en figure 74b en vous
                                                                                        inspirant du schéma d’implantation
                                                                                        donné sur la figure 74a.

                                                                                        Commencez par insérer toutes les
                                                                                        résistances, en vérifiant le code des
                                                                                        couleurs qui se trouvent sur leur
                                                                                        corps.

                                                                                        Après avoir soudé une résistance, il
                                                                                        est conseillé de couper immédiate-
                                                                                        ment l’excédant de ses deux broches
                                                                                        à l’aide de pinces coupantes.

                                                                                        Après les résistances, vous pouvez
                                                                                        insérer les diodes au silicium, en diri-
                                                                                        geant le côté de leur corps entouré
                                                                                        d’une bague dans le sens indiqué sur
                                                                                        le schéma d’implantation de la figure
                                                                                        74a.
 Figure 72 : Photo du circuit imprimé d’un des prototypes, une fois tous les            Si, par erreur, vous avez inversé
 composants ainsi que les deux radiateurs de refroidissement des circuits intégrés      une diode, le circuit ne fonctionnera
 mis en place.
                                                                                        pas.


                         ELECTRONIQUE et Loisirs magazine     50   Cours d’Electronique – Deuxième niveau
                                                            LE COURS

                                                                        E            S
                                                                             IC1
                                                                                                                           R5
                                                                                V         R3
                                                                                                     DS1              R6

                    T1   16 V
                                  RS1              C1             C3
        4       1
                                                                  C5            R1                                     C7                      C8           +V
   S1

        2       3                                                                                                                                           Masse

                                                                                                                       C9                      C10
        220 V
                                                                  C6            R2             DS2                                                          –V

                          16 V
                                                   C2             C4


                                                                                V    R4

                                                                        E            S          DS3
                                                                             IC2



                                                                                                                                        R7                 R8
                                                                                                                                                                      5V
                                                                                                                  1
                                                                                                                                          R9         R10        R11
                                         IC1                IC2                                                                                                       9V
                                                                                                                                    2
                                                                                                                  C                       R12        R13        R14
                                                                                                                                                                      12 V
                                                                                                             S2                 3
                                                                                                                  4
                                        VS E               VES                                                                          R15                R16
                                                                                                                                                                      15 V

                                        LM 317            LM 337

 Figure 73 : Schéma synoptique de l’alimentation double et brochage des broches E, R et S des deux circuits intégrés
 stabilisateurs LM317 et LM337 vus de face.



Poursuivez le montage en insérant le           Placez le LM337 sur la gauche du                            devez retirer de leur corps la ron-
trimmer R5, en positionnant immé-              transformateur T1 et le LM317 sur la                        delle en plastique, pour les replacer
diatement son curseur à mi-course,             droite.                                                     ensuite à l’arrière du panneau (voir
puis les quatre condensateurs polyes-                                                                      figure 75).
ter ainsi que le pont redresseur RS1,          Après quoi, vous fixez les radiateurs
en dirigeant ses deux broches +/–              sur le circuit imprimé à l’aide de quatre                   Si vous insérez les trois bornes sans
comme indiqué sur le schéma d’im-              longues vis métal et 4 rondelles. Ceci                      retirer la rondelle en plastique, vous
plantation.                                    fait, soudez les deux régulateurs.                          court-circuiterez les tensions de sortie
                                                                                                           avec le métal du panneau.
Une fois cette opération terminée,             Pour finir, insérez le transformateur
vous pouvez insérer les condensateurs          d’alimentation T1 en le fixant égale-                       Utilisez une borne de couleur rouge
électrolytiques, en respectant la pola-        ment sur le circuit imprimé à l’aide des                    pour la tension positive, une jaune pour
rité de leurs deux broches.                    quatre vis.                                                 la tension négative et une noire pour la
                                                                                                           masse.
Si vous ne trouvez pas le symbole +            Vous pouvez alors fixer le circuit
sur leur corps, souvenez-vous que le           imprimé à l’intérieur du boîtier à l’aide                   L’interrupteur S1 doit être inséré en
positif est toujours la broche la plus         de quatre vis autotaraudeuses, puis                         l’enfonçant dans la fenêtre du pan-
longue.                                        retirer sa face avant pour y fixer le com-                  neau arrière. Cet interrupteur dispose
                                               mutateur S2, l’interrupteur de secteur                      de quatre broches, car il contient une
Dans les emplacements indiqués dans            S1 ainsi que les douilles qui servent à                     ampoule au néon qui s’allume lorsque
le schéma d’implantation de la figure          prélever la tension double.                                 l’on fournit 220 volts au transforma-
74a, vous devez insérer le bornier à 2                                                                     teur T1.
pôles pour pouvoir faire entrer la ten-        Avant de fixer le commutateur rotatif
sion de secteur 220 volts, celui à 3           S2, vous devez raccourcir son axe, de                       Pour ne pas vous tromper de con-
pôles pour l’interrupteur de secteur S1        façon à ce que le corps du bouton                           nexions, contrôlez le numéro gravé sur
et un autre à 3 pôles pour prélever la         reste à une distance d’environ 1 mm                         le corps à proximité des broches et,
tension double.                                de la face avant.                                           après les avoir identifiées, reliez le fil
                                                                                                           de la broche 2 dans le trou central du
Vous pouvez ensuite prendre les deux           Lorsque vous fixez les trois bornes                         bornier, le fil de la broche 3 dans le
circuits intégrés stabilisateurs IC1 et        de couleur pour la sor tie de la ten-                       trou de gauche et celui de la broche 4
IC2 pour les fixer sur les radiateurs.         sion double sur le panneau, vous                            dans le trou de droite.


                           ELECTRONIQUE et Loisirs magazine            51   Cours d’Electronique – Deuxième niveau
                                                                         LE COURS


            3


                 4


2                S1




                                                                                                                                SECTEUR
                                                                                                                                  220 V




                                                                       T1
                                                                      ....31.XL




                                                                                                                           R5
      IC2


    DS3
                                                                                                                                R6

            R4                                                                                                       IC1        DS1
                                                                                                                                R3




                                                                       RS1



                                                                 C4                    C3
                            C6                                                                               C5
                                 DS2                C2                                            C1


                                           R2                                                               R1

                      R7 R8 R9 R10 R11 R12 R13 R14 R15 R16                                  C10        C8




                                                                                       C9                    C7
                             C         1        2        3   4




                                 S2


                                                                                                             Masse
                                                                                              V                            V



                 ELECTRONIQUE et Loisirs magazine                                 52    Cours d’Electronique – Deuxième niveau
                                                        LE COURS




                    Figure 74b : Dessin, à l’échelle 1, du circuit imprimé de l’alimentation double LX.5030


A l’aide de petits morceaux de fil de      Une fois la réalisation du circuit termi-   -   tournez le curseur du trimmer R5
cuivre gainés de plastique, reliez les     née, vous devez mettre en place quatre          jusqu’à mi-course,
broches C, 1, 2, 3 et 4, que l’on aper-    entretoises de 10 mm dans les quatre
çoit en bas, aux broches du commuta-       trous placés sur le circuit imprimé et      -   positionnez le commutateur S2 sur
teur rotatif en essayant de ne pas les     prévus à cet effet.                             15+15 volts,
inverser (voir figure 74).
                                           Ces quatre entretoises servent à fixer      -   reliez un multimètre aux douilles de
Avant de refermer le boîtier, vous devez   le circuit imprimé sur le fond du boî-          sortie négatives et à celles positi-
calibrer le trimmer R5 comme nous          tier et pour maintenir un cer tain écar-        ves de 15 volts, puis lisez la valeur
allons vous l’expliquer.                   tement afin d’éviter des cour ts-cir-           de tension qui devrait être égale à
                                           cuits.                                          30 volts,
M




  Figure 74a : Schéma d’implantation
des composants.                                                                        -   si la tension devait être de 29,5
                                           Le calibrage                                    volts ou de 31,4 volts, vous savez
Le circuit intégré LM337 doit être                                                         déjà que cette erreur est à attribuer
placé sur la gauche tandis que le          Une fois le montage terminé, la tension         à la tolérance des résistances R15
circuit intégré LM317 doit être inséré     prélevée en sortie ne sera pas parfaite-        et R16,
sur la droite.                             ment symétrique tant que vous n’aurez
Les corps des deux circuits intégrés
                                           pas calibré le trimmer R5.                  -   si on lit entre les deux douilles une
doivent être fixés sur les radiateurs                                                      valeur de tension de 30,2 volts,
de refroidissement à l’aide de deux        Pour calibrer ce trimmer, procédez              reliez le multimètre entre la douille
longues vis en métal.                      comme suit :                                    positive et la masse,

                        ELECTRONIQUE et Loisirs magazine      53   Cours d’Electronique – Deuxième niveau
                                                       LE COURS

                                                -   vous devriez alors lire exacte-    -   si vous lisez 15,1 volts, retouchez
                                                    ment la moitié de la tension           légèrement le curseur du trimmer
                                                    totale, c’est-à-dire 30,2 : 2 =        R5 de façon à pouvoir lire la moi-
                                                    15,1 volts,                            tié de la tension, c’est-à-dire 30,1 :
                           FACE
                          AVANT                                                            2 = 15,05 volts.
                                                -   si la valeur de cette tension
                                                    n’est pas symétrique, tournez      Une fois obtenue la symétrie par faite
                                                    le curseur du trimmer R5 jus-      des deux voies, il ne faut plus tou-
                                                    qu’à ce que vous lisiez 15,1       cher au trimmer. A présent, essayez
                                                    volts,                             de régler le commutateur S2 sur ses 4
   RONDELLE                                                                            positions, de façon à pouvoir lire :
   ISOLANTE                                     -   si l’on agit sur ce trimmer,
                                                    la valeur de la tension totale           5+5, 9+9, 12+12, 15+15 volts
                                                    pourrait varier. Dans ce cas,
                                                    reliez à nouveau le multimè-       En raison des tolérances des résistan-
Figure 75 : Avant de fixer les trois bornes         tre entre les deux douilles        ces, ces tensions pourront se révéler
sur la face avant du boîtier, retirez de            positives et négatives, et si      être inférieures ou supérieures de quel-
leur corps la rondelle isolante postérieure         vous lisez 30,1 volts, mesurez     ques millivolts, mais resteront tout de
et replacez-la de l’autre côté de la face           à nouveau la tension qui se        même toujours par faitement symétri-
avant afin d’isoler leur corps du métal du          trouve entre la douille positive   ques.
panneau.
                                                    et la masse,
                                                                                       Par conséquent, si vous relevez une
                                                                                       tension de 11,8+11,8 volts ou de
                                                                                       12,3+12,3 volts, cette tolérance pourra
                                                                                       être considérée comme acceptable. En
                                                                                       effet, un circuit qui requiert une ten-
                                                                                       sion d’alimentation de 12+12 volts est
                                                                                       capable de fonctionner même s’il est
                                                                                       alimenté à l’aide d’une tension supé-
                                                                                       rieure ou inférieure de 5 %.

                                                                                       Si la tension en sortie devait être
                                                                                       légèrement inférieure par rapport à la
                                                                                       valeur requise, il faudrait augmenter
                                                                                       de quelques ohms la valeur ohmique
                                                                                       de l’une des deux ou trois résistan-
                                                                                       ces. Si, au contraire, elle devait être
                                                                                       légèrement supérieure, il faudrait alors
                                                                                       réduire la valeur d’une seule de ces
                                                                                       résistances.

                                                                                       N’ayez aucune crainte si vous notez
                                                                                       une surchauffe des deux radiateurs de
                                                                                       refroidissement après avoir prélevé un
                                                                                       courant maximal pendant une demi-
                                                                                       heure ou plus. Souvenez-vous qu’une
                                                                                       température de travail d’un régulateur
                                                                                       sur radiateur de 40 ou 50 degrés est
                                                                                       tout à fait normale.
                                                                                                                     N N. E.




Figure 76 : Photo de notre alimentation déjà fixée à l’intérieur de son boîtier
métallique. Appliquez-vous à effectuer des soudures parfaites et à placer les fils
de manière ordonnée de façon à satisfaire également l’aspect esthétique.


                       ELECTRONIQUE et Loisirs magazine       54   Cours d’Electronique – Deuxième niveau
NOTES
          -1
                                                          LE COURS

        31
     N 2
       N°
  ÇO AU
LE IVE
N




                                                Apprendre
             l’électronique
                           en partant de zéro
                               Les amplificateurs opérationnels




              es amplificateurs opération-
              nels sont représentés par le       Pour amplifier les signaux BF, on ne trouve pas uniquement les transistors
              symbole du triangle muni de
                                                 ou les FET, mais il existe également des circuits intégrés appelés
              deux entrées, identifiées par
              les signes “+” et “–” et d’une     amplificateurs opérationnels ou, dans le jargon des électroniciens, des
    sortie, située à la pointe du triangle.      “amplis op”.

    A l’intérieur de ce “triangle” se trouve
    un circuit électronique très complexe,
    composé de 15 ou 17 transistors ou
    FET, ainsi que de toutes les résis-
    tances de polarisation. Il suffit donc,
    pour faire fonctionner les amplifica-
    teurs opérationnels, de leur ajouter
    quelques résistances externes.

    Les amplis op peuvent servir de
    préamplificateurs, mais ils peuvent
    également être utilisés comme com-
    parateurs, redresseurs, mélangeurs,
    oscillateurs ou filtres BF. C’est pour
    cela qu’une fois que vous aurez com-
    pris comment les deux broches d’en-
    trée interagissent sur le fonctionne-
    ment du circuit, vous découvrirez qu’il
    est plus simple de polariser et d’utili-
    ser un opérationnel plutôt qu’un tran-
    sistor.

    Bien que pratiquement tous les opé-
    rationnels soient conçus pour être ali-
    mentés à l’aide d’une tension double,
    il est aussi possible de le faire avec
    une tension unique, en ajoutant seule-
    ment deux résistances et un conden-
    sateur électrolytique au circuit électri-
    que.

                             ELECTRONIQUE et Loisirs magazine   56   Cours d’Electronique – Deuxième niveau
                                                           LE COURS

Les amplificateurs opérationnels         tension positive d’alimentation et
sont des circuits intégrés qu’il         la broche –V à la masse. La con-
convient d’étudier consciencieuse-       séquence est simple : l’amplifica-                    ENTRÉE NON INVERSEUSE
ment car, une fois qu’on a com-          teur opérationnel ne fonctionnera
pris leur fonctionnement, il est         pas !
alors possible, à l’aide de quel-                                                                                                  SORTIE
ques résistances et de quelques          Signalons que tous les opération-
condensateurs, de réaliser de très       nels peuvent également être ali-
fiables :                                mentés par une tension unique.
                                                                                               ENTRÉE INVERSEUSE
                                         Pour cela, il suffit, comme nous
-   Préamplificateurs BF                 le verrons plus loin, de modifier
-   Amplificateurs différentiels         le circuit.
-   Comparateurs de tension
-   Mélangeurs de signaux BF                                                     Figure 77 : Dans tous les schémas électriques,
-   Oscillateurs basse fréquence         Les broches                             les amplificateurs opérationnels sont représen-
-   Filtres passe-bas, passe-haut, …     d’entrée “+” et “–”                     tés par le symbole du triangle. Sur la base,
-   Convertisseurs courant/tension                                               on trouve deux entrées, l’une indiquée par un
-   Générateurs de courant constant      Pour comprendre comment les             signe “+” et l’autre par un signe “–”. La bro-
-   Redresseurs de signaux BF            deux broches “+” et “–” inte-           che de sortie est toujours placée du côté de la
                                                                                 pointe.
-   Régulateur de tension                ragissent sur le fonctionnement
-   régulateur de courant                d’un opérationnel, imaginons
-   etc.                                 qu’on prenne un triangle et qu’on
                                         le fixe sur un mur avec une
Pour commencer, il faut savoir           punaise en son centre de gra-
                                                                                                    V
qu’à l’intérieur de ces circuits inté-   vité, de façon à ce que sa pointe                                         +V      7   6     5
grés se trouve un circuit électro-       se trouve en position horizontale            3         8

nique très complexe, que vous            (voir figure 80).                                                  6
retrouverez représenté sur les
figures 103 et 104.                      Si l’opérationnel est alimenté               2         4
                                         par une tension double, avec la                                               1   2   3    -V
Dans tous les schémas électri-           pointe en position horizontale, on                         V
ques, ces amplificateurs opéra-          trouvera une tension de 0 volt par
tionnels sont représentés à l’aide       rapport à la masse sur la broche
du symbole graphique d’un trian-         de sortie.
gle (voir figure 77).                                                            Figure 78 : Sur les symboles graphiques, on
                                                                                 omet presque toujours les deux broches d’ali-
Deux broches d’entrées se trou-          Entrée                                  mentation +V et –V qui sont toutefois présen-
vent d’un même côté de la base           avec le signe “+”                       tes sur le schéma de brochage de l’amplifica-
du triangle, l’une étant indiquée                                                teur opérationnel. Les deux symboles +V et –V
à l’aide du signe “+” et l’autre,        En admettant que l’opérationnel         indiquent que le circuit intégré doit être ali-
                                                                                 menté avec une tension double et ne représen-
à l’aide du signe “–”. A l’opposé,       soit alimenté par une tension           tent pas le “+” alimentation et la masse.
c’est-à-dire au sommet du trian-         double de 12 + 12 volts, si
gle, se trouve la broche de sor-         on applique une tension posi-
tie.                                     tive sur la broche non inver-
                                         seuse “+” (voir figure 81, la flè-
Vous comprendrez bientôt la rai-         che rouge qui est dirigée vers
                                                                                                            12 V                   12 V
son pour laquelle la broche signa-       le bas), la pointe du triangle
lée par le signe “+” est appelée         déviera vers la tension positive                               V
l’entrée “non inverseuse”, tandis        des 12 volts.
que celle signalée par le “–” est
appelée “entrée inverseuse”.             Si on applique une tension néga-                                                                MASSE
                                         tive sur cette même broche “+”
Dans les schémas électriques,            (voir figure 82, la flèche bleue qui
il est rare que les deux broches         est dirigée vers le haut), la pointe
d’alimentation soient indiquées.         du triangle déviera vers la tension                            V
Ces broches sont, en général,            négative des 12 volts.
                                                                                                            12 V                   12 V
données repérées par +V et
–V sur le schéma de brochage             Etant donné que la polarité du
de l’ampli op (voir figure 78)           signal appliqué sur cette entrée
pour indiquer qu’il faut l’alimen-       “+” est récupérée sans inversion
ter à l’aide d’une tension dou-          sur la broche de sortie, cette          Figure 79 : Il faudra donc appliquer une ten-
ble, c’est-à-dire avec une tension       entrée est appelée “non inver-          sion positive sur la broche +V par rapport à la
positive et une tension négative         seuse”.                                 masse et une tension négative sur la broche
par rappor t à la masse (voir                                                    –V, toujours par rapport à la masse. Pour ob-
figure 79).                              Le schéma électrique d’un étage         tenir une tension double de 12 + 12 volts, on
                                         amplificateur utilisant l’entrée non    pourra utiliser soit deux piles reliées en série
Au début, on commet souvent l’er-        inverseuse est reproduit sur la         soit une alimentation comme la LX.5030 dé-
                                                                                 crite dans ELM 34, pages 70 à 76.
reur de relier la broche +V à la         figure 83 :


                          ELECTRONIQUE et Loisirs magazine       57   Cours d’Electronique – Deuxième niveau
                                                                             LE COURS


                                      12 V                                                              12 V                                      12 V




                                       0V                                                                0V                                        0V




                                      12 V                                                              12 V                                      12 V




Figure 80 : Si on fixe le triangle                       Figure 81 : Si on applique une ten-                        Figure 82 : Si on applique une ten-
de façon à ce que la broche de sor-                      sion positive sur l’entrée “+” (voir                       sion négative sur l’entrée “+” (voir
tie se trouve en position horizontale,                   flèche rouge dirigée vers le bas),                         flèche bleue dirigée vers le haut),
on comprendra immédiatement com-                         on verra immédiatement la pointe                           on verra immédiatement la pointe
ment faire varier la tension de sortie                   du triangle dévier vers la tension                         du triangle dévier vers la tension
en appliquant une tension positive                       positive d’alimentation maximale                           négative d’alimentation maximale
ou négative sur la broche “+”.                           de 12 volts.                                               de 12 volts.


                                                                                                                  - nous avons relié un voltmètre avec
                                                                                                                    0 central sur la broche de sortie de
                                                                                  12 V                              l’ampli op,
                                                                                                                  - nous avons relié la résistance R1
                                                                                                                    vers la masse sur la broche d’entrée
                                                                    0
                                                                                                                    “non inverseuse” (+),
                                                           12                12
                                             V                                                                    - nous avons relié, sur la sortie “inver-
                                                                                                                    seuse” (–), la résistance R2 vers la
                                                         VOLTS
                                                                                                                    masse, ainsi qu’une seconde résis-
                                             V
                                                                                                                    tance, référencée R3, reliée entre
             R1                                                                                                     cette broche et la broche de sortie.
                                 R3
                       R2                                                         12 V                            Si aucune tension n’est appliquée
                                                 MASSE                                                            sur l’entrée “+” (voir figure 83),
                                                                                                                  l’aiguille du voltmètre reste immobile
                                                                                                                  au centre de l’échelle parce qu’une
                                                                                                                  tension de 0 volt se trouve sur la bro-
                                                                                                                  che de sor tie.
Figure 83 : Schéma électrique d’un étage amplificateur utilisant l’entrée non
inverseuse.                                                                                                       Si on applique une tension positive sur
                                                                                                                  l’entrée “+” (voir figure 84), l’aiguille
Le voltmètre relié à la sortie nous permettra de voir comment la tension varie
sur cette broche.                                                                                                 du voltmètre dévie vers les 12 volts
                                                                                                                  positifs de l’alimentation.

                                                                                                                  Si on applique une tension négative sur
                                                                                                                  l’entrée “+” (voir figure 85), l’aiguille
                                                                                            12 V                  du voltmètre dévie vers les 12 volts
                                                                                                                  négatifs de l’alimentation.

                                                                         0
                                                                                                                  Si on applique un signal alternatif sur
                                                                   12             12
                                                 V                                                                l’entrée “+” (voir figure 86), on prélè-
                                                                                                                  vera, sur la broche de sortie, des sinu-
                                                                 VOLTS
                                                                                                                  soïdes amplifiées dont la polarité ne
                                                 V
                                                                                                                  sera pas inversée.
                  R1
                                      R3
                            R2                                                              12 V
                                                     MASSE                                                        Entrée avec le signe “–”
                                                                                                                  En admettant que l’opérationnel soit
                                                                                                                  toujours alimenté par une tension dou-
Figure 84 : Schéma électrique d’un étage amplificateur utilisant l’entrée non                                     ble de 12 + 12 volts, si on applique
inverseuse.                                                                                                       une tension positive sur la broche
                                                                                                                  inverseuse “–”, (voir figure 88, la flè-
Si on applique une tension positive, prélevée sur une pile, sur l’entrée non in-                                  che rouge dirigée vers le haut), la
verseuse, on verra l’aiguille du voltmètre dévier brusquement vers les 12 volts                                   pointe du triangle dévie vers la tension
positifs d’alimentation.
                                                                                                                  négative des 12 volts.


                            ELECTRONIQUE et Loisirs magazine                           58      Cours d’Electronique – Deuxième niveau
                                                                           LE COURS

Si on applique une tension négative sur                ficateur utilisant l’entrée inverseuse                l’échelle parce qu’une tension de 0 volt
cette même broche “–” (voir figure 89,                 est reproduit sur la figure 90 :                      se trouve sur la broche de sortie.
la flèche bleue dirigée vers le haut), la
pointe du triangle dévie vers la tension               - nous avons à nouveau relié un volt-                 Si on applique une tension positive sur
positive des 12 volts.                                   mètre avec 0 central sur la broche de               l’entrée “–” (voir figure 91), l’aiguille du
                                                         sortie,                                             voltmètre dévie vers les 12 volts néga-
En appliquant une tension positive sur                 - nous avons relié la broche d’entrée                 tifs de l’alimentation.
cette entrée “–”, on obtient une ten-                    non inverseuse “+” à la masse, sans
sion négative en sortie et en appli-                     la résistance R1,                                   Si on applique une tension négative sur
quant une tension négative, on obtient                 - nous avons relié la sortie inverseuse               l’entrée “–” (voir figure 92), l’aiguille du
une tension positive.                                    “–” au connecteur d’entrée du signal                voltmètre dévie vers les 12 volts posi-
                                                         par l’intermédiaire de la résistance                tifs de l’alimentation.
Etant donné que la polarité du signal                    R2, en laissant toujours la résistance
appliqué sur cette entrée “–” est                        R3 reliée entre cette broche et la bro-             Si on applique un signal alternatif sur
récupérée inversée sur la broche                         che de sortie.                                      l’entrée “–” (voir figure 93), on récu-
de sor tie, cette entrée est appelée                                                                         père, sur la broche de sortie, des sinu-
“inverseuse”.                                          Si aucune tension n’est appliquée sur                 soïdes amplifiées dont la polarité est
                                                       l’entrée “–” (voir figure 90), l’aiguille du          inversée.
Le schéma électrique d’un étage ampli-                 voltmètre reste immobile au centre de

                                                                                                             Alimentation unique
                                                                                                             Pour alimenter un opérationnel à l’aide
                                                                                       12 V
                                                                                                             d’une tension unique, on devra alimen-
                                                                                                             ter les deux broches d’entrée “+” et
                                                                                                             “–” à l’aide d’une tension qui soit exac-
                                                                       0                                     tement la moitié de celle d’alimenta-
                                                                 12          12
                                              V
                                                                                                             tion.
                                                               VOLTS


                                              V
                                                                                                             Pour obtenir cette moitié de tension,
                                                                                                             il suffit de relier entre le positif et la
                   R1                                                                                        masse d’alimentation deux résistances
                                    R3                                                                       de 10 000 ohms (voir les figures 94,
                          R2                                                       12 V                      95, 96, 97 et 98) reliées en série, et
                                                       MASSE                                                 d’utiliser ensuite la jonction centrale
                                                                                                             des deux résistances R4 et R5 comme
                                                                                                             masse fictive pour relier les résistan-
                                                                                                             ces d’entrée.
 Figure 85 : Schéma électrique d’un étage amplificateur utilisant l’entrée non
 inverseuse.                                                                                                 Si on alimente l’opérationnel avec une
                                                                                                             tension unique de 12 volts et qu’on
 Si on applique la tension négative, prélevée sur une pile, sur l’entrée non inver-
 seuse, on verra l’aiguille du voltmètre dévier dans le sens opposé, c’est-à-dire                            relie ensuite un multimètre sur le point
 vers les 12 volts négatifs d’alimentation.                                                                  de jonction entre les deux résistances
                                                                                                             R4 et R5 et les deux extrémités de la
                                                                                                             pile de 12 volts, on lira, d’un côté 6
                                                                                                             volts positifs et du côté opposé 6 volts
                                                                                                             négatifs, obtenant ainsi, de manière
                                                                                                             artificielle, une tension double de 6 +
                                                                                                             6 volts.


                                                                                                             Entrée avec le signe “+” pour une ali-
                               R1
                                                                                                             mentation unique
                                                  R3
                                         R2
                                                                                                             Si on passe, à présent, au schéma
                                                                                                             électrique alimenté par une seule pile
                                                                                                             de 12 volts (tension unique) de la
                                                                                                             figure 94 et qu’on le compare au
                                                                                                             schéma électrique alimenté par deux
                                                                                                             piles de 12 volts (tension double) de
                                                                                                             la figure 83, on ne remarquera aucune
                                                                                                             différence :

 Figure 86 : Etage amplificateur utilisant l’entrée non inverseuse.                                          - nous avons relié un voltmètre avec 0
                                                                                                               central sur la broche de sortie,
 Si on applique un signal alternatif sur l’entrée “non inverseuse”, en sortie, on                            - nous avons relié la résistance R1 sur
 prélèvera des sinusoïdes amplifiées, en phase avec le signal d’entrée, donc “non                              la broche d’entrée non inverseuse
 inversées”.
                                                                                                               “+” vers la masse fictive,


                         ELECTRONIQUE et Loisirs magazine                         59      Cours d’Electronique – Deuxième niveau
                                                                       LE COURS


                                12 V                                                              12 V                                        12 V




                                 0V                                                                0V                                          0V




                                12 V                                                              12 V                                        12 V




Figure 87 : Si on fixe le triangle de              Figure 88 : Si on applique une ten-                        Figure 89 : Si on applique une ten-
façon à ce que la broche de sortie                 sion positive sur l’entrée “–” (voir                       sion négative sur l’entrée “–” (voir
se trouve en position horizontale,                 flèche rouge dirigée vers le haut),                        flèche bleue dirigée vers le bas),
on peut voir comment la tension de                 on verra immédiatement la pointe                           on verra immédiatement la pointe
sortie varie si on applique une ten-               du triangle dévier vers la tension                         du triangle dévier vers la tension
sion positive ou négative sur l’en-                négative d’alimentation maximale                           positive d’alimentation maximale
trée “–”.                                          de 12 volts.                                               de 12 volts.


                                                                                                            - nous avons relié la résistance R2 à
                                                                                                              la broche de sortie inverseuse “–”,
                                                                            12 V
                                                                                                              toujours vers la masse fictive et la
                                                                                                              résistance R3 toujours reliée entre
                                                                                                              cette broche et la broche de sortie.
                                                              0
                                                     12                12
                                       V                                                                    Si aucune tension n’est appliquée
                                                   VOLTS
                                                                                                            sur l’entrée “+” (voir figure 94),
                                       V
                                                                                                            l’aiguille du voltmètre reste immo-
             R2                                                                                             bile au centre de l’échelle parce
                                                                                                            qu’une tension de 0 volt, par rappor t
                           R3                                                                               à la masse fictive, se trouve sur la
                                                                            12 V                            broche de sor tie.
                                           MASSE
                                                                                                            Si on applique une tension positive sur
                                                                                                            l’entrée “+” (voir figure 95), l’aiguille
                                                                                                            du voltmètre dévie vers les 6 volts posi-
                                                                                                            tifs de l’alimentation.
Figure 90 : Schéma électrique d’un étage amplificateur alimenté par une tension                             Si on applique une tension négative sur
double utilisant l’entrée inverseuse.
                                                                                                            l’entrée “+” (voir figure 96), l’aiguille
Le voltmètre relié à la sortie nous indiquera la polarité de la tension.                                    du voltmètre dévie vers les 6 volts
                                                                                                            négatifs de l’alimentation.

                                                                                                            Si on applique un signal alternatif sur
                                                                                                            l’entrée “+” (voir figure 97), on trou-
                                                                                      12 V
                                                                                                            vera alors, en sor tie, des sinusoïdes
                                                                                                            amplifiées dont la polarité n’est pas
                                                                                                            inversée.
                                                                   0
                                                             12             12
                                           V                                                                Important : Si le voltmètre était relié
                                                                                                            entre la broche de sortie et la masse,
                                                           VOLTS
                                                                                                            c’est-à-dire là où est relié le négatif de
                                           V
                  R2                                                                                        la pile de 12 volts, on lirait la moitié de
                                                                                                            la tension, c’est-à-dire 6 volts.
                                R3
                                                                                      12 V
                                               MASSE
                                                                                                            Entrée avec le signe “–”
                                                                                                            avec
                                                                                                            une alimentation unique
Figure 91 : Schéma électrique d’un étage amplificateur alimenté par une tension
double utilisant l’entrée inverseuse.                                                                       Si on passe au schéma électrique ali-
                                                                                                            menté par une seule pile de 12 volts
Si on applique la tension positive, prélevée sur une pile, sur l’entrée inverseuse,                         (tension unique) de la figure 98 et
on verra l’aiguille du voltmètre dévier brusquement vers les 12 volts négatifs de
                                                                                                            qu’on le compare au schéma électri-
la tension d’alimentation.
                                                                                                            que alimenté par deux piles de 12 volts

                       ELECTRONIQUE et Loisirs magazine                          60      Cours d’Electronique – Deuxième niveau
                                                                     LE COURS

(tension double) de la figure 90, on ne          de l’échelle parce qu’une tension de 0                Les avantages
remarquera aucune différence :                   volt, par rapport à la masse fictive, se              d’un opérationnel
                                                 trouve sur la broche de sortie.
- nous avons à nouveau relié un volt-                                                                  Les amplificateurs opérationnels pré-
  mètre avec 0 central sur la broche de          Si on applique une tension positive sur               sentent beaucoup d’avantages par rap-
  sortie,                                        l’entrée “–” (voir figure 99), l’aiguille du          port aux transistors et aux FET.
- nous avons relié la broche d’entrée            voltmètre dévie vers les 6 volts néga-
  non inverseuse “+” à la masse fic-             tifs de l’alimentation.                               Gain
  tive, sans la résistance R1,
- nous avons relié la sortie inverseuse          Si on applique une tension négative sur               Si on fait varier la valeur ohmique
  “–” au connecteur d’entrée du signal           l’entrée “–” (voir figure 100), l’aiguille            d’une seule résistance, il est possible
  par l’intermédiaire de la résistance           du voltmètre dévie vers les 6 volts posi-             de modifier le gain.
  R2, en laissant toujours la résistance         tifs de l’alimentation.
  R3 reliée entre cette broche et la bro-                                                              En fonction de nos exigences, on
  che de sortie.                                 Si on applique un signal alternatif sur               pourra prédéfinir un gain de 2, 5, 10,
                                                 l’entrée “–” (voir figure 101), on trou-              20 ou 100 fois et avoir la certitude que
Si aucune tension n’est appliquée sur            vera, sur la broche de sortie, des sinu-              celui-ci reste constant, même si la ten-
l’entrée “–” (voir figure 98), l’aiguille        soïdes amplifiées dont la polarité sera               sion d’alimentation varie.
du voltmètre reste immobile au centre            inversée.
                                                                                                       Si on a prédéfini un gain de 25 fois, l’opé-
                                                                                                       rationnel amplifiera n’importe quel signal
                                                                                                       appliqué sur l’une des deux entrées 25
                                                                                                       fois, qu’elle soit alimentée par une ten-
                                                                                 12 V
                                                                                                       sion double de 9 + 9, 12 + 12, 15 +
                                                                                                       15 ou 20 + 20 volts ou par une tension
                                                                                                       unique de 9, 12, 15 ou 20 volts.
                                                                 0
                                        V                  12          12
                                                                                                       Haute impédance d’entrée
                                                         VOLTS

                                        V
                                                                                                       Tous les opérationnels ont une impé-
                    R2                                                                                 dance d’entrée élevée, ce qui permet
                                                                                                       de pouvoir les relier à n’importe quelle
                                  R3
                                                                                                       source sans qu’intervienne une atté-
                                                                                 12 V                  nuation du signal.
                                                 MASSE
                                                                                                       Basse impédance de sortie

                                                                                                       Tous les opérationnels ont une faible
 Figure 92 : Schéma électrique d’un étage amplificateur alimenté par une tension                       impédance de sortie, ce qui permet
 double utilisant l’entrée inverseuse.                                                                 de pouvoir les relier à l’entrée de
                                                                                                       l’étage suivant sans aucun problème,
 Si on applique la tension négative, prélevée sur une pile, sur l’entrée inverseuse,
 on verra l’aiguille du voltmètre dévier dans le sens opposé, c’est-à-dire vers les                    ni d’adaptation, ni d’atténuation.
 12 volts positifs d’alimentation.
                                                                                                       Large bande passante

                                                                                                       Un opérationnel est capable de préam-
                                                                                                       plifier un signal BF de 0 Hz jusqu’à
                                                                                                       plus de 100 kHz, ce qui signifie qu’il
                                                                                                       est très fiable pour réaliser des étages
                                                                                                       préamplificateurs Hi-Fi.

                             R2                                                                        Le signal à préamplifier peut être appli-
                                                                                                       qué, soit sur l’entrée non inverseuse
                                            R3                                                         soit sur l’entrée inverseuse.

                                                                                                       Si on applique le signal sur l’entrée
                                                                                                       non inverseuse, on prélèvera, en sor-
                                                                                                       tie, un signal qui aura les demi-ondes
                                                                                                       positives et négatives parfaitement en
                                                                                                       phase avec le signal d’entrée (voir les
                                                                                                       figures 86 à 97).

 Figure 93 : Etage amplificateur alimenté par une tension double utilisant l’entrée                    Si on applique le signal sur l’entrée
 inverseuse.                                                                                           inverseuse, on prélèvera, en sortie, un
                                                                                                       signal qui aura les demi-ondes posi-
 Si on applique un signal alternatif sur l’entrée “inverseuse”, en sortie, on prélè-                   tives et négatives en opposition de
 vera des sinusoïdes amplifiées, en opposition de phase avec le signal d’entrée,
                                                                                                       phase par rapport au signal d’entrée
 donc “inversées”.
                                                                                                       (voir les figures 93 à 101).

                         ELECTRONIQUE et Loisirs magazine                   61      Cours d’Electronique – Deuxième niveau
                                                                             LE COURS

                                                                                                6V




                                                                                   R4
                                                       12
                                                               0
                                                                        12
                                                                                                              Figure 94 : Schéma électrique d’un
                                   V                                                                          étage amplificateur alimenté par une
                                                                                                              tension unique utilisant l’entrée non in-
                                                   VOLTS
                                                                                                              verseuse.
                                   V

R1                                                                                 R5           C1
                                                                                                              Les deux résistances R4 et R5 de
                                                                                                              10 000 ohms servent pour créer une
                    R3
                                                                                                              “masse fictive”.
          R2

                                       MASSE FICTIVE                                            6V




                                                                                                     6V


                                                                                                              Figure 95 : Schéma électrique d’un
                                                                                         R4                   étage amplificateur alimenté par une
                                                                    0

                                            V
                                                              12              12                              tension unique utilisant l’entrée non in-
                                                                                                              verseuse.
                                                            VOLTS


                                            V
                                                                                                              Si on applique une tension positive sur
                                                                                                              l’entrée non inverseuse, l’aiguille du
     R1                                                                                  R5          C1       voltmètre déviera vers une valeur maxi-
                              R3                                                                              male de 6 volts positifs, qui correspon-
               R2                                                                                             dent exactement à la moitié de la ten-
                                                                                                     6V
                                                                                                              sion d’alimentation.
                                                MASSE FICTIVE




                                                                                                     6V


                                                                                                              Figure 96 : Schéma électrique d’un
                                                                                         R4                   étage amplificateur alimenté par une
                                                                    0
                                            V                 12              12                              tension unique utilisant l’entrée non in-
                                                                                                              verseuse.
                                                            VOLTS


                                            V                                                                 Si on applique une tension négative
                                                                                                              sur l’entrée non inverseuse, l’aiguille
     R1                                                                                  R5          C1       du voltmètre déviera vers une valeur
                              R3                                                                              maximale de 6 volts négatifs, qui cor-
               R2                                                                                             respondent exactement à la moitié de
                                                                                                     6V
                                                                                                              la tension d’alimentation.
                                                MASSE FICTIVE




                                                                                                              Figure 97 : Etage amplificateur alimen-
                                                                                                              té par une tension unique utilisant l’en-
                                                                                                              trée non inverseuse.

                         R1                                                                                   Si on applique un signal alternatif sur
                                                  R3
                                                                                                              l’entrée non inverseuse, on prélèvera
                                       R2
                                                                                                              en sortie des sinusoïdes amplifiées
                                                                                                              non inversées.
                                                  MASSE FICTIVE




               ELECTRONIQUE et Loisirs magazine                                         62    Cours d’Electronique – Deuxième niveau
                                                                     LE COURS

                                                                                            6V




                                                                           R4
                                                       0
                                                                                                          Figure 98 : Schéma électrique d’un
                                               12               12
                            V                                                                             étage amplificateur alimenté par une
                                                                                                          tension unique utilisant l’entrée inver-
                                           VOLTS
                                                                                                          seuse.
                            V
R2
                                                                           R5               C1
                                                                                                          Les deux résistances R4 et R5 de
                                                                                                          10 000 ohms servent pour créer une
             R3                                                                                           “masse fictive”.

                                MASSE FICTIVE                                               6V




                                                                                                 6V


                                                                                                          Figure 99 : Schéma électrique d’un
                                                                                     R4                   étage amplificateur alimenté par une
                                    V                 12
                                                            0
                                                                      12                                  tension unique utilisant l’entrée inver-
                                                                                                          seuse.
                                                    VOLTS


                                    V
                                                                                                          Si on applique une tension positive sur
     R2                                                                                                   l’entrée inverseuse, l’aiguille du volt-
                                                                                     R5          C1       mètre déviera vers une valeur maxi-
                       R3                                                                                 male de 6 volts négatifs, qui corres-
                                                                                                          pondent exactement à la moitié de la
                                                                                                 6V
                                                                                                          tension d’alimentation.
                                        MASSE FICTIVE




                                                                                                 6V



                                                                                                          Figure 100 : Schéma électrique d’un
                                                                                     R4
                                                            0
                                                                                                          étage amplificateur alimenté par une
                                    V                 12              12
                                                                                                          tension unique utilisant l’entrée inver-
                                                                                                          seuse.
                                                    VOLTS

                                    V                                                                     Si on applique la tension négative,
     R2
                                                                                     R5          C1
                                                                                                          l’aiguille du voltmètre déviera vers une
                                                                                                          valeur maximale de 6 volts positifs, qui
                       R3
                                                                                                          correspondent exactement à la moitié
                                                                                                          de la tension d’alimentation.
                                        MASSE FICTIVE                                            6V




                                                                                                          Figure 101 : Etage amplificateur ali-
                                                                                                          menté par une tension unique utilisant
                                                                                                          l’entrée inverseuse.
                  R2
                                                                                                          Si on applique un signal alternatif sur
                                          R3
                                                                                                          l’entrée inverseuse, on prélèvera en
                                                                                                          sortie des sinusoïdes amplifiées de po-
                                                                                                          larité inverse.
                                   MASSE FICTIVE




          ELECTRONIQUE et Loisirs magazine                                      63        Cours d’Electronique – Deuxième niveau
                                                                                                          LE COURS

              +V          7       6   5                             +V   7   6     5                        14    +V         12      11       10       +V   8           14   13   12   -V   10   9   8




                  1       2       3   -V                            1    2   3     -V                        1       2       3       -V       5        6    7           1    2    3    +V   5    6   7


Figure 102 : A l’intérieur d’un circuit intégré de type µA741, TL081, LM141 ou LM748, on trouve un seul opérationnel,
tandis que dans un circuit intégré de type µA747 ou TL082, on en trouve deux et, dans un circuit intégré de type LM324 ou
TL084, on en trouve quatre. Sur ces dessins, le brochage du support est vu du dessus, avec le repère-détrompeur en forme
de U dirigé vers la gauche. Les deux broches d’alimentation sont repérées par +V et –V.



                                                                                 VCC
                                                                                                                                                                 Liste des composants
                                                                                                                                                                de l’alimentation double
IN
                                                                                                                                                                        LX.5030
                                                                                                                                                                Dans la leçon précédente, la liste des
                                                                                                                                                                composants de l’alimentation double
                                                                                                                                                                LX.5030 s’est éclipsée discrète-
IN                                                                                                                                                              ment sans que personne ne s’en
                                                                                                                                                   OUTPUT       aperçoive. Après avoir lancé un avis
                                                                                                                                                                de recherche, nous l’avons retrou-
                                                                                                                                                                vée, cachée au fond de la corbeille
                                                                                                                                                                à papiers. Nous l’avons fait prison-
                                                                                                                                                                nière et nous vous la livrons, ici,
                                                                                                                                                                pieds et poings liés !

                                                                                 VCC                                                                            R1    = 3,3 kΩ
                                                                                                                                                                R2    = 3,3 kΩ
Figure 103 : Schéma électrique d’un opérationnel avec une entrée à transistor,                                                                                  R3    = 390 Ω
comme par exemple le µA741.                                                                                                                                     R4    = 220 Ω
                                                                                                                                                                R5    = 500 Ω trimer
                                                                                                                                                                R6    = 220 Ω
                                                                                                                                                                R7    = 150 Ω
                                                                                                    VCC
                                                                                                                                                                R8    = 1,5 kΩ
                                                                                                                                                                R9    = 150 Ω
                                                                                                                                                                R10   = 1,2 kΩ
                                                                                                                                                                R11   = 3,3 kΩ
     IN                                                                                                                                                         R12   = 8,2 kΩ
                                                                                                                                                                R13   = 330 Ω
     IN                                                                                                                                   OUTPUT
                                                                                                                                                                R14   = 330 Ω
                                                                                                                                                                R15   = 150 Ω
                                                                                                                                                                R16   = 18 kΩ
                                                                                                                                                                C1    = 4 700 µF électrolytique
                                                                                                                                                                C2    = 4 700 µF électrolytique
                                                                                                                                                                C3    = 100 nF polyester
                                                                                                                                                                C4    = 100 nF polyester
                                                                                                                                                                C5    = 10 µF électrolytique
                                                                                                                                                                C6    = 10 µF électrolytique
                                                                                                                                                                C7    = 220 µF électrolytique
                                                                                                                                                                C8    = 100 nF polyester
                                                                                                    VCC
                                                                                                                                                                C9    = 220 µF électrolytique
                                                                                                                                                                C10   = 100 nF polyester
Figure 104 : Schéma électrique d’un opérationnel avec une entrée à FET, comme                                                                                   DS1   = Diode 1N4007
par exemple le TL081.
                                                                                                                                                                DS2   = Diode 1N4007
                                                                                                                                                                DS3   = Diode 1N4007
                                                                                                                                                                IC1   = Régulateur LM317
                              VUE DE DESSUS                                                          VUE DE DESSOUS                                             IC2   = Régulateur LM337
                                                                                                                                                                RS1   = Pont redresseur
          8   7       6       5            14 13 12 11 10 9         8                   1   2   3     4      1   2       3       4   5    6        7            T1    = Transfo. 50 W (T050.04)
                                                                                                                                                                        Prim. 220 V
                                                                                                                                                                        Sec. 2 x 16 V 1,5 A
                                                                                                                                                                S1    = Inter. avec voyant
                                                                                        8   7   6     5     14 13 12 11 10 9                       8
          1   2       3       4            1   2    3   4   5   6   7                                                                                           S2    = Commutateur rotatif
                                                                                                                                                                        3 circuits 4 positions
Figure 105 : Le repère-détrompeur en forme de U nous permet de repérer la broche
1. Il peut être remplacé par un point, proche de la broche 1.
                                                                                                                                                                                                         A suivre

                                                   ELECTRONIQUE et Loisirs magazine                          64          Cours d’Electronique – Deuxième niveau
NOTES
          -2
                                                          LE COURS

        31
     N 2
       N°
  ÇO AU
LE IVE
N




                                                Apprendre
             l’électronique
                           en partant de zéro
                           Les amplificateurs opérationnels (2)




    Préamplificateur
    en courant continu, alimenté                 Dans la précédente leçon, nous avons sérieusement décanté les principes
    par une tension double,                      de base du fonctionnement des amplificateurs opérationnels. Dans cette
    utilisant l’entrée non inverseuse            seconde partie, nous continuons la théorie des amplis op, appliquée aux
    Vous trouverez sur la figure 106, le
                                                 préamplificateurs.
    schéma électrique d’un préamplifica-
    teur pour tensions continues et alterna-
    tives utilisant l’entrée non inverseuse.

    Si on fait varier la valeur des résistan-
    ces R2 et R3, il est possible de modi-
    fier le gain. Pour ce faire, la formule
    est très simple :

             Gain = (R3 : R2) + 1

    Si on connaît la valeur de R3 et qu’on
    sait de combien de fois on souhaite
    amplifier un signal, on pourra calculer
    la valeur de la résistance R2 en effec-
    tuant cette simple opération :

       Valeur de R2 = R3 : (gain – 1)

    Si on connaît la valeur de R2 et qu’on
    sait de combien de fois on souhaite
    amplifier un signal, on pourra calculer
    la valeur de la résistance R3 en effec-
    tuant cette simple opération :

       Valeur de R3 = R2 x (gain – 1)


    Exemple :

    Dans un schéma de préamplificateur
    utilisant l’entrée non inverseuse, on
    trouve les valeurs suivantes :


                             ELECTRONIQUE et Loisirs magazine   66   Cours d’Electronique – Deuxième niveau
                                                       LE COURS

         R3 = 100 000 ohms
         R2 = 10 000 ohms

Dans un second schéma de préampli-
ficateur, par contre, on trouve ces deux                                                                        R1 = 100 000 ohms
différentes valeurs :                                                        R1
                                                                                                                Gain = ( R3 : R2 ) +1
                                                                                               R3
                                                                                         R2
         R3 = 220 000 ohms                                                                                     R2 = R3 : ( Gain – 1 )
         R2 = 22 000 ohms                                                                                      R3 = R2 x ( Gain – 1)

                                                                                  Fréquence Max Hz = ( 1 000 000 : Gain ) x GBW
On souhaite donc savoir lequel de
ces deux préamplificateurs a le gain                                                    Gain Max = ( VCC x 0,85 ) : ( Vin ) x 1 000
maximal.                                                                                      Note = la tension Vin est en millivolts

Solution :

Si on utilise la formule pour le calcul                                     Figure 106 :
du gain, on obtiendra les valeurs sui-          Schéma et formules d’un amplificateur utilisant l’entrée non inverseuse.
vantes :

1er schéma
  (100 000 : 10 000) + 1 = 11 fois

2e schéma
  (220 000 : 22 000) + 1 = 11 fois                                                 R2
                                                                                                                      Gain = R3 : R2
                                                                                               R3
Comme vous pouvez le remarquer,
                                                                                                                      R2 = R3 : Gain
même si on change la valeur des
résistances R3 et R2, le gain ne                                                                                      R3 = R2 x Gain

change pas.                                                                       Fréquence Max Hz = ( 1 000 000 : Gain ) x GBW

                                                                                        Gain Max = ( VCC x 0,85 ) : ( Vin ) x 1 000

                                                                                              Note = la tension Vin est en millivolts
Exemple :

Dans un circuit à entrée non inver-
seuse, calculé pour amplifier 15 fois le                                    Figure 107 :
signal, la résistance R3 s’est endom-             Schéma et formules d’un amplificateur utilisant l’entrée inverseuse.
magée. Etant donné qu’on ne parvient
pas à lire sa valeur exacte, on désire
la calculer.
                                           à exclure que le gain effectif qu’on               Dans ce schéma également, nous uti-
Solution :                                 obtiendra oscille d’un minimum de                  liserons la même formule pour faire
                                           14,5 fois jusqu’à un maximum de                    varier le gain :
Pour calculer la valeur de la résistance   15,9 fois.
R3 on devra nécessairement connaître                                                                     gain = (R3 : R2) + 1
la valeur de R2 et, en admettant que
celle-ci soit de 3 300 ohms, on pourra     Préamplificateur                                   Dans toutes les formules données, il
utiliser la formule suivante :             en courant continu, alimenté                       est possible d’insérer la valeur des
                                           par une tension unique,                            deux résistances R3 et R2 exprimée en
   valeur de R3 = R2 x (gain – 1)          utilisant l’entrée non inverseuse                  ohms ou en kilohms.

En insérant les données que nous           Si on souhaite alimenter le préamplifi-
avons, on obtient :                        cateur présenté sur la figure 106 avec             Préamplificateur
                                           une tension unique, on devra le modi-              en courant continu, alimenté
  3 300 x (15 – 1) = 46 200 ohms           fier de la même manière que sur la                 par une tension double,
                                           figure 94.                                         utilisant l’entrée inverseuse
Etant donné que cette valeur n’est pas
une valeur standard, la valeur de R3       En fait, on devra seulement ajouter                Le schéma électrique de la figure 107
devra certainement être de 47 000          deux résistances de 10 000 ohms (voir              est celui d’un préamplificateur pour
ohms.                                      R4 et R5), puis un condensateur élec-              tensions continues et alternatives uti-
                                           trolytique de 10 à 47 microfarads.                 lisant l’entrée inverseuse.
Avec 47 000 ohms, on obtiendra un
gain de :                                  La résistance R2 reliée à la broche                Sur ce schéma aussi, pour faire varier
                                           inverseuse opposée ne sera plus reliée             le gain, il faut seulement modifier la
 (47 000 : 3 300) + 1 = 15,24 fois         à la masse, c’est-à-dire au négatif de la          valeur des résistances R3 et R2 en uti-
                                           pile d’alimentation, mais au fil qui part          lisant cette formule :
Comme toutes les résistances ont           de la jonction des deux résistances R4
une tolérance de ±5 %, il n’est pas        et R5, c’est-à-dire de la masse fictive.                         gain = R3 : R2


                        ELECTRONIQUE et Loisirs magazine      67   Cours d’Electronique – Deuxième niveau
                                                                LE COURS

                                                                                                                                    VCC
                                               VCC


                                                                                                              R3
                                        R3                                          C1                                       R4
                   C1




                    R1                                                               R1
                          R2                                                                   R2                            R5       C2
                                                                                                            MASSE FICTIVE
                                               VCC



Figure 108 : Schéma d’un amplificateur en alternatif, ali-              Figure 109 : Schéma d’un amplificateur en alternatif, ali-
menté par une tension double, utilisant l’entrée non inver-             menté par une tension unique, utilisant l’entrée non inver-
seuse. Sur ce schéma, les deux résistances R1 et R2 sont                seuse. Les deux résistances R1 et R2 sont reliées à la
reliées à la masse.                                                     masse fictive.



                                                         VCC
                                                                                                                            VCC
                                                                                                             R3
                               R3
             C1                                 R4



                                                                                          C1
                                                                                                    R2
              R1
                    R2                          R5         C2
                               MASSE FICTIVE
                                                                                                                            VCC
                         C3



Figure 110 : Pour relier la résistance R2 à la masse, on de-            Figure 111 : Schéma d’un amplificateur en alternatif, ali-
vra lui appliquer, en série, un condensateur électrolytique de          menté par une tension double, utilisant l’entrée inverseuse.
4,7 microfarads. La résistance R1 doit toujours être reliée             L’entrée opposée, non inverseuse, doit être reliée directe-
à la masse fictive.                                                     ment à la masse.



Si on connaît la valeur de R3 et qu’on                 valeur de R3 = R2 x gain                     Solution :
sait de combien de fois on souhaite
amplifier un signal, on pourra calculer        On obtiendra donc une valeur de :                    Pour connaître le gain de cet étage
la valeur de la résistance R2 en effec-                                                             amplificateur, on utilisera la formule
tuant cette simple opération :                       4 700 x 100 = 470 000 ohms                     suivante :

       valeur de R2 = R3 : gain                Au lieu de choisir la valeur de la                                  gain = R3 : R2
                                               résistance R2, on pourra choisir celle
Si on connaît la valeur de R2, on pourra       de la résistance R3 puis calculer la                 En insérant les données que nous
calculer la valeur de la résistance R3 en      valeur de R2.                                        avons, on obtient :
effectuant l’opération suivante :
                                               Si on choisit une valeur de 680 000                       560 000 : 39 000 = 14,35 fois
      valeur de R3 = R2 x gain                 ohms pour R3, pour amplifier 100 fois
                                               un signal, on devra utiliser pour R2 une             Si on considère le fait que toutes les
                                               valeur de :                                          résistances ont une tolérance, on peut
Exemple :                                                                                           affirmer que cet étage amplifiera de
                                                     680 000 : 100 = 6 800 ohms                     13,5 à 15 fois un signal.
Nous souhaitons réaliser un étage
préamplificateur avec entrée inver-
seuse qui amplifie 100 fois un signal.         Exemple :                                            Préamplificateur
On souhaite donc, pour cela, connaî-                                                                en courant continu, alimenté
tre les valeurs à utiliser pour les deux       Dans un circuit préamplificateur utili-              par une tension unique,
résistances R3 et R2.                          sant l’entrée inverseuse, on trouve les              utilisant l’entrée inverseuse
                                               valeurs suivantes :
Solution :                                                                                          Si on souhaite alimenter le préamplifi-
                                                         R2 = 39 000 ohms                           cateur de la figure 107 avec une ten-
Pour commencer, on devra choisir la                      R3 = 560 000 ohms                          sion unique, il nous faut le modifier sur
valeur de la résistance R2 et, en                                                                   le modèle de celui de la figure 98.
admettant que ce soit 4 700 ohms, on           On voudra donc savoir de combien de
pourra connaître la valeur de la résis-        fois le signal appliqué sur son entrée               En fait, il nous suffira d’ajouter deux
tance R3 grâce à la formule :                  sera amplifié.                                       résistances de 10 000 ohms (voir R4

                          ELECTRONIQUE et Loisirs magazine         68   Cours d’Electronique – Deuxième niveau
                                                         LE COURS

et R5), ainsi qu’un condensateur élec-      devra modifier le schéma de la même         Donc, avec 4,7 microfarads, on com-
trolytique de 10 à 47 microfarads.          manière que celui représenté sur la         mencera à amplifier à partir d’une fré-
                                            figure 109.                                 quence minimale de :
La broche non inverseuse opposée ne
doit pas être reliée à la masse, c’est-     En fait, on devra seulement ajouter deux          159 000 : (3 300 x 4,7) =
à-dire au négatif de la pile d’alimen-      résistances de 10 000 ohms (voir R4 et                  10,25 hertz
tation, mais sur la jonction des deux       R5), ainsi qu’un condensateur électroly-
résistances R4 et R5, c’est-à-dire sur      tique de 10 à 47 microfarads.               Si la valeur de la résistance R2 était de
la masse fictive.                                                                       10 000 ohms, on devrait utiliser une
                                            La résistance R1, reliée à l’entrée non     capacité de :
Sur ce schéma également, pour faire         inverseuse, et la résistance R2, reliée
varier le gain, on utilisera la même        à la broche opposée, ne devront plus             159 000 : (10 000 x 15) =
formule :                                   être reliées à la masse, mais à la jonc-               1 microfarad
                                            tion des deux résistances R4 et R5.
            gain = R3 : R2                                                              Comme tous les condensateurs électro-
                                            Pour ce schéma aussi, pour changer          lytiques ont des tolérances élevées, il est
Si on connaît la valeur de R3 et qu’on      le gain, nous utiliserons la même           préférable de choisir une capacité supé-
sait de combien de fois on souhaite         formule :                                   rieure, par exemple 2 microfarads.
amplifier un signal, on pourra calculer
la valeur de la résistance R2 en effec-              gain = (R3 : R2) + 1
tuant cette simple opération :                                                          Préamplificateur
                                            Si on voulait relier à la masse la résis-   en courant alternatif, alimenté
       valeur de R2 = R3 : gain             tance R2, comme sur la figure 110, on       par une tension double,
                                            devrait relier en série un condensateur     utilisant l’entrée inverseuse
                                            électrolytique (voir C3).
Préamplificateur                                                                        Vous trouverez, sur la figure 111, le
en courant alternatif, alimenté             La capacité de ce condensateur doit         schéma électrique d’un préamplificateur
par une tension double,                     être calculée en fonction de la valeur      conçu seulement pour les signaux alter-
utilisant l’entrée non inverseuse           de R2 et de la fréquence minimale           natifs utilisant l’entrée inverseuse.
                                            qu’on souhaite amplifier.
Dans les précédents préamplifica-                                                       Sur ce schéma également, pour faire
teurs nous pouvions appliquer sur les       Pour trouver la capacité de ce con-         varier le gain, il faut modifier la valeur
entrées, aussi bien une tension conti-      densateur, on pourra utiliser cette         des résistances R3 et R2 en utilisant
nue qu’une tension alternative. Mais,       formule :                                   la formule suivante :
pour pouvoir réaliser un étage amplifi-
cateur pour les signaux alternatifs uni-             microfarads C3 =                                gain = R3 : R2
quement nous allons devoir appor ter               159 000 : (R2 x hertz)
une petite modification au schéma.                                                      Si on connaît la valeur de R3 et qu’on
                                            Pour réaliser des préamplificateurs         sait de combien de fois on souhaite
Dans la figure 108 nous avons repré-        Hi-Fi, on choisit normalement une fré-      amplifier un signal, on pourra calculer
senté le schéma électrique d’un préam-      quence minimale de 15 hertz.                la valeur de la résistance R2 :
plificateur pour les tensions alternati-
ves uniquement, utilisant l’entrée non                                                         valeur de R2 = R3 : gain
inverseuse.                                 Exemple :
                                                                                        Connaissant la valeur de R2 et sachant
La seule différence notable par rapport     On souhaite réaliser le schéma de la        de combien de fois on souhaite ampli-
au schéma d’un préamplificateur pour        figure 110 et, étant donné que la valeur    fier un signal, on pourra calculer la
courant continu est de trouver, sur l’en-   de R2 est de 3 300 ohms, on voudrait        valeur de la résistance R3 :
trée non inverseuse, un condensateur        savoir quelle capacité choisir pour le
électrolytique de 4,7 microfarads (voir     condensateur électrolytique C3.                    valeur de R3 = R2 x gain
C1) dont la patte négative se trouve du
côté du signal.                             Solution :
                                                                                        Exemple :
Pour faire varier le gain, nous devrons     Etant donné qu’on veut préamplifier les
agir uniquement sur les valeurs des         fréquences à partir de 15 hertz, on         On souhaite réaliser un étage qui ampli-
résistances R3 et R2 et la formule à        devra utiliser une capacité de :            fie 100 fois un signal. On doit donc, pour
utiliser est toujours la même :                                                         cela, connaître les valeurs à utiliser pour
                                                  159 000 : (3 300 x 15) =              les deux résistances R3 et R2.
         gain = (R3 : R2) + 1                        3,21 microfarads
                                                                                        Solution :
                                            Comme cette valeur n’est pas une
Préamplificateur                            valeur standard, on choisira une valeur     Pour commencer, on devra choisir la
en courant alternatif, alimenté             supérieure, c’est-à-dire 4,7 microfarads    valeur de la résistance R2 et, en
par une tension unique,                     et pour savoir quelle fréquence mini-       admettant que ce soit 4 700 ohms, on
utilisant l’entrée non inverseuse           male on pourra préamplifier, on utili-      pourra connaître la valeur de la résis-
                                            sera la formule suivante :                  tance R3 grâce à la formule :
Pour alimenter le préamplificateur de la
figure 108 avec une tension unique, on      hertz = 159 000 : (R2 x microfarads)               valeur de R3 = R2 x gain


                         ELECTRONIQUE et Loisirs magazine      69   Cours d’Electronique – Deuxième niveau
                                                                                           LE COURS

                                                                                  VCC
                                                                                                                                                                                                                                  VCC
                         R3


                                                                      R4                                                                                       R3                                       R4
                                                                                                                          C1
                                                                                                                                                                                        0
                                                                                                                                                                                  12              12
               C1
                    R2
                                                                                                                                                                                VOLTS

                                                                                                                          R1
                                                                                                                                R2                                                                          R5                     C2
                                                                      R5              C2
                                   MASSE FICTIVE



Figure 112 : Schéma d’un amplificateur en alternatif, ali-                                                      Figure 113 : Si on ne relie pas R1 et R2 à la masse fictive
menté par une tension unique, utilisant l’entrée inverseu-                                                      lorsqu’on alimente l’opérationnel avec une tension unique,
se. L’entrée opposée, non inverseuse, doit être reliée à la                                                     on retrouvera sur la broche de sortie une tension égale à la
masse fictive.                                                                                                  moitié de celle d’alimentation.


                                                                            GAIN
                                                                           100 FOIS

                                                       0,03 V                                          3V
               R2                                                                                                                                 12 V

                              R3                           R2                R3                                                                                                                                              3V

                                                                                                                                                   0V


                                           2   3                                           2   3
                                       1           4                                   1           4
                                   0                   5                          0                    5



                                           VOLT                                            VOLT
                                                                                                                                                  12 V




Figure 114 : Une tension résiduelle de 0,03 volt qui se trouverait sur la                                                      Figure 115 : Si 3 volts positifs se trouvent sur la
sortie du premier opérationnel, en entrant dans le second opérationnel                                                         sortie du second étage, en amplifiant un signal
calculé pour un gain de 100 fois, fournirait sur la sortie de celui-ci, une                                                    alternatif, on se retrouvera avec toutes les demi-
tension positive ou négative de 3 volts.                                                                                       ondes positives tronquées.


                                                                                                                                                                                             GAIN
                                                                                                                                                                                            100 FOIS

                                                                                                                                                               0,03 V                                                    0V
        12 V
                                                                                                                     R2                                                 R2


                                                                                                                C1                   R3                        C1                              R3
         0V

                                                                3V

        12 V                                                                                                                                  1
                                                                                                                                                   2   3
                                                                                                                                                           4                                            1
                                                                                                                                                                                                             2   3
                                                                                                                                                                                                                     4
                                                                                                                                          0                    5                                    0                    5



                                                                                                                                                  VOLT                                                       VOLT




                                                                                      Figure 117 : En injectant un signal alternatif sur l’entrée du premier
Figure 116 : Si 3 volts négatifs se trouvent sur la                                   étage et en le reliant la sortie du premier étage à l’entrée du suivant
sortie du second étage, en amplifiant un signal                                       par un condensateur électrolytique, celui-ci ne laissera passer aucune
alternatif, on se retrouvera avec toutes les demi-                                    tension continue et on obtiendra ainsi une tension de 0 volt sur la sortie
ondes négatives tronquées.                                                            du second étage.



                               100 000 pF                                                                                                                          100 000 pF
                                                                VCC                                                                                                                         VCC




                                                                VCC
                               100 000 pF



Figure 118 : Pour éviter des auto-oscillations, on devra re-                                                    Figure 119 : Si l’opérationnel est alimenté avec une ten-
lier un condensateur polyester ou céramique de 47 000 à                                                         sion unique, on utilisera un seul condensateur de 47 000 à
100 000 pF entre chacune des broches d’alimentation +Vcc,                                                       100 000 pF, que l’on reliera entre la broche d’alimentation
–Vcc et la masse.                                                                                               +Vcc et la masse.


                         ELECTRONIQUE et Loisirs magazine                                                  70   Cours d’Electronique – Deuxième niveau
                                                       LE COURS

On devra donc utiliser pour R3 une         Pour modifier le gain, on utilisera la    Si le couplage entre les deux étages
valeur de :                                même formule que celle utilisée pour      est effectué en tension alternative,
                                           le schéma de la figure 111 :              en interposant un condensateur (voir
    4 700 x 100 = 470 000 ohms                                                       figure 117) entre la sortie du premier
                                                      gain = R3 : R2                 opérationnel et l’entrée du second,
Si on le souhaite, on pourra choisir la                                              celui-ci ne laissera passer aucune ten-
valeur de la résistance R3 puis calculer   Connaissant la valeur de R3 et sachant    sion continue. Ainsi, en l’absence de
la valeur de R2.                           de combien de fois on souhaite ampli-     signal et même s’il existe une tension
                                           fier un signal, on pourra calculer la     d’offset, on retrouvera en sortie du
Si on choisit pour R3 une valeur de        valeur de la résistance R2 en effec-      second opérationnel une tension de 0
680 000 ohms, on devra utiliser pour       tuant cette simple opération :            volt ou tout au plus une tension insi-
R2 une valeur de :                                                                   gnifiante de 0,03 volt.
                                                 valeur de R2 = R3 : gain
    680 000 : 100 = 6 800 ohms
                                           Connaissant la valeur de R2 et sachant    La bande passante
                                           de combien de fois on souhaite ampli-
Exemple :                                  fier un signal, on pourra calculer la     S’agissant des préamplificateurs pour
                                           valeur de la résistance R3 :              signaux audio, il est toujours préféra-
Dans un circuit préamplificateur utili-                                              ble de limiter la bande passante sur les
sant l’entrée inverseuse, on trouve les          valeur de R3 = R2 x gain            fréquences les plus hautes afin d’évi-
valeurs suivantes :                                                                  ter d’amplifier des fréquences ultraso-
                                                                                     niques et, également, afin d’éviter que
         R2 = 39 000 ohms                  Les avantages                             l’opérationnel puisse auto-osciller sur
         R3 = 560 000 ohms                 d’un amplificateur double                 des fréquences que notre oreille ne
                                           en courant alternatif                     peut pas entendre.
On voudra donc savoir de combien de
fois le signal appliqué sur son entrée     Si aucune tension n’est appliquée sur     Etant donné que notre oreille peut per-
sera amplifié.                             les deux entrées (voir figures 83 à       cevoir une fréquence maximale d’envi-
                                           90), en théorie, sur la broche de sor-    ron 20 kilohertz, on pourra limiter la
Solution :                                 tie, on devrait trouver une tension       bande passante à 30 kilohertz. Pour
                                           de 0 volt mais, en raison des toléran-    cela, il suffit de relier en parallèle à
Pour connaître le gain de cet étage        ces de construction, on pourrait trou-    R3 un petit condensateur comme celui
amplificateur, on utilisera la formule     ver sur cette broche une tension posi-    visible sur les figures 120 et 121.
suivante :                                 tive ou bien une tension négative de
                                           quelques millivolts capable de saturer    Pour calculer la valeur du condensa-
             gain = R3 : R2                l’étage suivant.                          teur C2 en picofarads, on pourra utili-
                                                                                     ser cette formule :
En insérant les données que nous           Considérons maintenant le schéma de
avons, on obtient :                        la figure 114. Admettons que sur la                picofarads C2 =
                                           broche de sortie du premier opération-        159 000 : (R3 kilohm x kHz)
         560 000 : 39 000 =                nel se trouve une tension de 0,03 volt
             14,35 fois                    positif. Cette tension, en l’absence de
                                           signal, arrivera sur la broche d’entrée   Exemple :
Si on considère le fait que toutes les     du second opérationnel et sera ampli-
résistances ont une tolérance, on peut     fiée de la valeur du gain de cet étage.   Pour limiter la bande passante sur
affirmer que cet étage amplifiera de       Ainsi, en l’absence de signal, on se      ces 30 kHz pour deux préamplifica-
13,5 à 15 fois un signal.                  retrouvera avec une tension positive      teurs différents qui ont pour valeurs
                                           de plusieurs volts sur sa broche de       ohmiques de R3 :
                                           sortie.
Préamplificateur                                                                     1er schéma
en courant alternatif, alimenté            En admettant que les résistances R2         470 000 ohms soit 470 kilohms
par une tension unique,                    et R3 du second opérationnel soient
utilisant l’entrée inverseuse              calculées pour amplifier 100 fois une     2e schéma
                                           tension, on se retrouvera avec une ten-     150 000 ohms soit 150 kilohms
Pour alimenter le préamplificateur de la   sion continue, en sortie, de :
figure 111 avec une tension unique, il                                               Solution :
nous faut le modifier sur le modèle de                 0,03 x 100 =
celui de la figure 112.                               3 volts positifs               Dans le premier schéma, utilisant une
                                                                                     résistance R3 de 470 kilohms, on
En fait, il nous suffira d’ajouter deux    Avec une tension si élevée, on pourrait   devra utiliser un condensateur de :
résistances de 10 000 ohms (voir R4        courir le risque de tronquer toutes les
et R5), ainsi qu’un condensateur élec-     demi-ondes positives amplifiées (voir            159 000 : (470 x 30) =
trolytique de 10 à 47 microfarads.         figure 115).                                         11 picofarads

La broche non inverseuse ne doit pas                                                 Comme ce condensateur n’a pas
être reliée à la masse, mais au fil qui    Note : Cette tension, appelée tension     une valeur standard, on pourra uti-
part de la jonction des deux résistan-     offset, pourrait également être néga-     liser un condensateur de 10 ou 12
ces R4 et R5.                              tive (voir figure 116).                   picofarads.


                        ELECTRONIQUE et Loisirs magazine     71   Cours d’Electronique – Deuxième niveau
                                                         LE COURS

Pour calculer la fréquence maximale          résistances R2 et R3 pour modifier le         Exemple :
qu’il est possible d’amplifier, on utili-    gain. Un signal peut donc être ampli-
sera cette formule :                         fié 10, 20 ou 25 fois, mais également         On veut savoir de combien de fois on
                                             100, 300 ou 500 fois.                         peut amplifier un signal de 100 milli-
               kHz =                                                                       volts pour ne pas dépasser les 12 +
 159 000 : (R3 kilohms x C2 en pF)           Pour prélever en sortie une onde par-         12 volts de la tension double d’alimen-
                                             faitement sinusoïdale et sans aucune          tation :
Si on utilise 10 pF, on réussira à ampli-    distorsion, on devra, néanmoins, limi-
fier sans aucune atténuation toutes les      ter le gain.                                      [(12 + 12 x 0,85) : 100] x 1 000
fréquences jusqu’à :                                                                                      = 204 fois
                                             Si on amplifie de façon exagérée, on
       159 000 : (470 x 10) =                obtiendra en sortie un signal tronqué
          33,82 kilohertz                    (voir figure 123).                            Exemple :

Si on utilise 12 pF, on réussira à ampli-    Il faut amplifier un signal de façon à        On veut savoir de combien de fois on
fier sans aucune atténuation toutes les      obtenir en sortie un signal d’une ampli-      peut amplifier ce même signal de 100
fréquences jusqu’à :                         tude maximale égale à 85 % des volts          millivolts si on utilise une tension d’ali-
                                             d’alimentation.                               mentation unique de 9 volts :
       159 000 : (470 x 12) =
          28,19 kilohertz                    Par exemple, si on alimente un circuit              [(9 x 0,85) : 100] x 1 000 =
                                             préamplificateur avec une tension dou-                        76,5 fois
Dans le second schéma, utilisant une         ble de 12 + 12 volts, l’amplitude du
résistance R3 de 150 kilohms, on             signal amplifié ne devra jamais dépas-        Si on connaît le gain d’un étage préam-
devra utiliser un condensateur de :          ser une valeur de :                           plificateur, on pourra calculer le signal
                                                                                           maximal qu’on peut appliquer sur l’une
       159 000 : (150 x 30) =                     signal de sortie maximal =               des deux entrées afin d’éviter d’obte-
           35 picofarads                                  Vcc x 0,85                       nir en sortie un signal distordu, en uti-
                                                                                           lisant la formule inverse, c’est-à-dire :
Comme ce condensateur n’est pas un           C’est-à-dire qu’il ne devra jamais
condensateur standard, on pourra uti-        dépasser :                                                      Vin =
liser un condensateur de 33 ou 39                                                                [(Vcc x 0,85) : gain] x 1 000
picofarads.                                           (12 + 12) x 0,85 =
                                               20,4 volts pic/pic (crête à crête)          Note : le signal d’entrée Vin est en mil-
Si on utilise 33 pF, on réussira à ampli-                                                  livolts.
fier sans aucune atténuation toutes les      Si on utilise une tension unique de 12
fréquences jusqu’à :                         volts, l’amplitude du signal amplifié ne
                                             devra jamais dépasser une valeur de :         Exemple :
       159 000 : (150 x 33) =
          32,12 kilohertz                       12 x 0,85 = 10,2 volts pic/pic             Nous avons un étage qui amplifie 50
                                                                                           fois et on veut connaître le signal maxi-
Si on utilise 39 pF, on pourra ampli-        Si on connaît l’amplitude maximale du         mal qu’on pourra appliquer sur son
fier, sans aucune atténuation, toutes        signal à appliquer en entrée et la valeur     entrée, en utilisant une alimentation
les fréquences jusqu’à :                     des volts d’alimentation, on pourra cal-      double de 12 + 12 volts :
                                             culer le gain maximal qu’on pourra uti-
       159 000 : (150 x 39) =                liser avec la formule :                           [(12 + 12 x 0,85) : 50] x 1 000 =
          27,17 kilohertz                                                                                408 millivolts
                                                          gain max =
                                                  [(Vcc x 0,85) : Vin] x 1 000
La limitation du gain                                                                      Exemple :
                                             Vcc = volts d’alimentation
Comme vous avez pu voir, il suffit tou-      Vin = amplitude en millivolts du signal       Nous avons un étage qui amplifie 50
jours de faire varier le rapport des deux    d’entrée                                      fois et on veut connaître le signal maxi-



                                        C2


                                                                                     C1
                  C1               R3                                                     R2

                                                                                                        R3

                    R1
                         R2
                                                                                                        C2



Figure 120 : Dans les étages préamplificateurs BF, on place           Figure 121 : Même si on utilise l’entrée inverseuse, on de-
toujours, en parallèle, un petit condensateur (voir C2) sur la        vra toujours relier en parallèle le condensateur C2 à la ré-
résistance R3 pour empêcher que l’opérationnel n’amplifie             sistance R3, pour limiter la bande passante supérieure à
des fréquences ultrasoniques.                                         environ 30 kilohertz.


                         ELECTRONIQUE et Loisirs magazine        72   Cours d’Electronique – Deuxième niveau
                                                         LE COURS


          12 V                                                                 12 V



           0V                                                                   0V



          12 V                                                                 12 V



                                                                      Figure 123 : Si l’amplitude du signal amplifié dépasse les
Figure 122 : Si on veut prélever sur la sortie d’un opération-        volts d’alimentation, les deux demi-ondes seront tronquées,
nel un signal alternatif sans aucune distorsion, on ne devra          et on ne prélèvera plus des sinusoïdes parfaites en sortie
jamais exagérer le gain. Le signal amplifié ne devra jamais           mais des ondes carrées qui causeront des distorsions impor-
dépasser 85 % du total des volts d’alimentation.                      tantes.


mal qu’on pourra appliquer sur son          la fréquence maximale qu’on pourra            Si on voulait amplifier 300 fois un
entrée, en utilisant une alimentation       amplifier ne dépassera pas :                  signal, on pourrait relier en série deux
unique de 9 volts :                                                                       opérationnels qui auraient chacun un
                                                   (1 000 000 : 150) x 1 =                gain de :
     [(9 x 0,85) : 50] x 1 000 =                         6 666 hertz                                     _
            153 millivolts                                                                      Gain = √ 300 = 17,32 fois
                                            Donc, l’opérationnel µA741 calculé
                                            pour un gain de 150 fois ne nous              Sachant que chaque étage amplifie
Gain et bande passante                      permettra jamais d’amplifier toute la         le signal appliqué sur son entrée de
                                            bande audio jusqu’à 20 000 Hz.                17,32 fois, on obtiendra un gain total
Voici ce que vous pourrez lire sous la                                                    de :
désignation «GBW» si vous vous procu-       Pour parvenir à amplifier toute la
rez un manuel pour connaître les carac-     bande audio jusqu’à un maximum de                 17,32 x 17,32 = 299, 98 fois
téristiques des opérationnels :             30 000 Hz, on devra réduire le gain et,
                                            pour connaître le nombre de fois ou on        Si on a choisi une valeur de 5 600
   µA741         =    GBW 1,0 MHz           pourra amplifier le signal appliqué sur       ohms pour la résistance R2, si on uti-
   µA748         =    GBW 1,0 MHz           l’entrée, on utilisera cette formule :        lise l’entrée non inverseuse de la figure
   TL081         =    GBW 4,0 MHz                                                         124, on pourra calculer la valeur de la
   TL082         =    GBW 3,5 MHz                        gain max =                       résistance R3 avec la formule :
   LF351         =    GBW 4,0 MHz                  (1 000 000 : Hz) x GBW
   LF356         =    GBW 5,0 MHz                                                             valeur de R3 = R2 x (gain – 1)
   LM358         =    GBW 1,0 MHz           Comme le µA741 a un GBW de 1 MHz,
   CA3130        =   GBW 15,0 MHz           il ne sera pas possible d’amplifier           Et pour R3, on devra donc choisir une
   NE5532        =   GBW 10,0 MHz           plus de :                                     valeur de :

La valeur de GBW, qui signifie «Gain             (1 000 000 : 30 000) x 1 =                5 600 x (17,32 – 1) = 91,392 ohms
BandWidth», nous permet de calculer                       33 fois
la fréquence maximale qu’on pourra                                                        Comme cette valeur n’est pas une
amplifier en fonction du gain qu’on         Si on utilise l’opérationnel TL081 qui a      valeur standard, nous serons obligés
aura choisi.                                un GBW de 4 MHz, on pourra amplifier          d’utiliser 82 000 ou 100 000 ohms.
                                            au maximum :
Dans le cas de l’opérationnel TL081                                                       Si on choisit pour R3 la valeur de
qui a un GBW de 4 MHz, on pourra                 (1 000 000 : 30 000) x 4 =               82 000 ohms, chaque étage amplifiera
calculer la fréquence maximale qu’on                      133 fois                        de :
pourra amplifier avec la formule :
                                            Bien qu’il soit possible d’obtenir un           (82 000 : 5 600) + 1 = 15,64 fois
             hertz =                        gain de 100 ou 130 fois avec un
     (1 000 000 : gain) x GBW               seul étage, on préfère ne pas le faire,       on obtiendra donc une amplification
                                            car plus le gain est important, plus          totale de :
Donc, si on a calculé la valeur des         le bruit de fond augmente, ainsi que
résistances R2 et R3 de façon à obte-       le risque que l’étage préamplificateur              15,64 x 15,64 = 244 fois
nir un gain de 150 fois, la fréquence       commence à auto-osciller.
maximale qu’on pourra amplifier ne                                                        Si, au contraire, on choisit la valeur de
dépassera jamais :                                                                        100 000 ohms pour R3, chaque étage
                                            Deux opérationnels en série                   amplifiera de :
      (1 000 000 : 150) x 4 =               avec entrée non inverseuse
           26 666 hertz                                                                    (100 000 : 5 600) + 1 = 18,85 fois
                                            Pour obtenir des gains élevés, on pré-
Dans le cas de l’opérationnel µA741         fère relier deux opérationnels en série       on obtiendra donc une amplification
qui a un GBW de 1 MHz, si on a calculé      et puis calculer la valeur des résistan-      totale de :
la valeur des résistances R2 et R3 de       ces R2 et R3, de façon à obtenir un
façon à obtenir un gain de 150 fois,        faible gain sur chaque étage.                       18,85 x 18,85 = 355 fois


                        ELECTRONIQUE et Loisirs magazine         73   Cours d’Electronique – Deuxième niveau
                                                                                             LE COURS

                                          Entrée non inverseuse avec alimentation double



                                 GAIN                                               GAIN
                               15,64 FOIS                                         15,64 FOIS
     C1
                                                                                                                           Figure 124 : Deux étages amplificateurs
                                                     C1                                                                    avec entrée non inverseuse recevant un
                                                                                                                           signal alternatif. Avec les valeurs repor-
                                                                                                                           tées de R2 et R3, le premier et le se-
                                                                                                                           cond étage amplifieront 15,64 fois un
                                   82 000 ohms
                                                                                       82 000 ohms
                                                                                                                           signal, on obtiendra donc un gain total
       R1
                                   R3                                                                                      de 15,64 x 15,64 = 244,6.
               5 600 ohms




                                                          R1
                                                                                       R3




                                                                     5 600 ohms
                              R2    C2    68 pF                                                                            Ce circuit doit être alimenté avec une
                                                                                  R2   C2     68 pF                        tension double.




                                 GAIN                                               GAIN
                               15,64 FOIS                                         18,85 FOIS
                                                                                                                           Figure 125 : Deux étages amplificateurs
     C1
                                                     C1
                                                                                                                           avec entrée non inverseuse recevant un
                                                                                                                           signal en alternatif. Avec les valeurs re-
                                                                                                                           portées de R2 et R3, le premier étage
                                                                                                                           amplifiera 15,64 fois un signal et le se-
                                   82 000 ohms                                                                             cond étage 18,85, on obtiendra donc un
                                                                                       100 000 ohms
       R1                          R3                                                                                      gain total de 15,64 x 18,85 = 294,8.
                5 600 ohms




                                                          R1                           R3
                                                                    5 600 ohms




                              R2   C2     68 pF                                                                            Ce circuit doit être alimenté avec une
                                                                                  R2   C2     68 pF                        tension double.




                                                 Entrée inverseuse avec alimentation double



                                 GAIN                                                GAIN
                               14,64 FOIS                                          14,64 FOIS                              Figure 126 : Deux étages amplificateurs
                                                                                                                           avec entrée inverseuse recevant un si-
                                                                                                                           gnal en alternatif. Avec les valeurs re-
                                                                                                                           portées de R2 et R3, le premier et le
                                                         5 600 ohms
     5 600 ohms
                                                                                                                           second étage amplifieront 14,64 fois un
                                                    C1         R2                        82 000 ohms
                                                                                                                           signal, on obtiendra donc un gain total
C1
          R2                        82 000 ohms                                                                            de 14,64 x 14,64 = 214,3.
                                                                                        R3
                                   R3
                                                                                                                           Ce circuit doit être alimenté avec une
                                                                                        C2     68 pF
                                                                                                                           tension double.
                                   C2     68 pF




                                 GAIN                                                GAIN
                               17,85 FOIS                                          17,85 FOIS                              Figure 127 : Deux étages amplificateurs
                                                                                                                           avec entrée inverseuse recevant un si-
                                                                                                                           gnal en alternatif. Avec les valeurs re-
                                                                                                                           portées de R2 et R3, le premier et le
                                                         5 600 ohms
     5 600 ohms
                                                                                                                           second étage amplifieront 17,85 fois un
                                                    C1         R2                                                          signal, on obtiendra donc un gain total
                                                                                        100 000 ohms
C1
          R2                                                                                                               de 17,85 x 17,85 = 318,6.
                                   100 000 ohms
                                                                                        R3
                                   R3                                                                                      Ce circuit doit être alimenté avec une
                                                                                        C2     68 pF                       tension double.
                                    C2    68 pF




                             ELECTRONIQUE et Loisirs magazine                                          74   Cours d’Electronique – Deuxième niveau
                                                         LE COURS

Si on ne veut pas dépasser un gain de       On obtiendra alors une amplification
300 fois, on pourra insérer une résis-      totale de :
tance R3 de 82 000 ohms pour le pre-
mier étage et une de 100 000 ohms                 17,85 x 17,85 = 318 fois
pour le second (voir figure 125). On
obtiendra alors un gain total de :          Etant donné qu’on est très proche d’un
                                            gain de 300 fois, on choisira 100 000
     15,64 x 18,85 = 294,8 fois             ohms.

A présent, vous comprenez qu’en modi-       Note : Souvenez-vous qu’en raison des
fiant la valeur de la résistance R2, il     tolérances des composants, des résis-
est également possible de faire varier      tances en particulier, le gain trouvé
le gain.                                    grâce aux calculs théoriques ne cor-
                                            respondra jamais exactement à celui
Si on utilise une valeur de 100 000         qu’on obtiendra une fois le montage
ohms pour R3 et de 6 800 ohms pour          terminé.
R2, chaque étage amplifiera :

 (100 000 : 6 800) + 1 = 15,7 fois          Pour éviter
                                            des auto-oscillations
on obtiendra donc une amplification
totale de :                                 Même avec des gains faibles, on peut
                                            courir le risque que l’opérationnel auto-
      15,7 x 15,7 = 246,49 fois             oscille et, si cela se produit, il devient
                                            alors impossible d’amplifier un signal.

Deux opérationnels en série                 Pour éviter ces auto-oscillations, on
avec entrée inverseuse                      devra toujours relier un condensateur
                                            de 47 000 ou 100 000 pF, entre la
Si on utilise l’entrée inverseuse, comme    broche d’alimentation et la masse.
indiqué sur la figure 126, on pourra cal-
culer la valeur de la résistance R3 avec    Si l’opérationnel est alimenté avec une
la formule :                                tension double, on devra utiliser deux
                                            condensateurs, l’un relié directement
      valeur de R3 = R2 x gain              entre la patte du positif de l’ampli op
                                            et la masse, et l’autre entre la patte
Donc, en admettant que R2 soit encore       du négatif de l’ampli op et la masse,
d’une valeur de 5 600 ohms, pour R3,        comme on peut le voir sur la figure
on devra choisir une valeur de :            118.

   5 600 x 17,32 = 96 992 ohms              Si l’opérationnel est alimenté avec une
                                            tension unique, on utilisera un seul
Comme cette valeur n’est pas une            condensateur, en le reliant directement
valeur standard, on sera obligé d’utili-    aux broches +V et –V, comme sur la
ser 82 000 ohms ou 100 000 ohms.            figure 119.

Si on choisit pour R3 la valeur de          Donc, si vous avez un étage préampli-
82 000 ohms (voir figure 126), chaque       ficateur qui présente des problèmes
étage amplifiera :                          d’auto-oscillation, pour les éliminer,
                                            il suffit souvent de mettre en place
    82 000 : 5 600 = 14,64 fois             ces condensateurs, toujours au plus
                                            proche des broches d’alimentation de
On obtiendra alors une amplification        l’ampli op.
totale de :
                                            Dans cette leçon, nous vous avons
      14,64 x 14,64 = 214 fois              expliqué comment utiliser un opéra-
                                            tionnel pour réaliser un étage préam-
Si, au contraire, on choisit pour R3 une    plificateur. Dans la prochaine leçon,
valeur de 100 000 ohms (voir figure         nous passerons à la mise en applica-
127), chaque étage amplifiera :             tion de ce que nous venons d’appren-
                                            dre en construisant un générateur de
    100 000 : 5 600 = 17,85 fois            signal BF.


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          -3
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        31
     N 2
       N°
  ÇO AU
LE IVE
N




               Deux générateurs
                de signaux BF
                                Les EN5031 et EN5032
                                         Mise en pratique
                                    Comme nul ne peut exercer un métier avec succès
                                    sans disposer d’une instrumentation adéquate, nous vous
                                    proposons, dans ce cadre de notre cours, de compléter
                                    votre laboratoire en construisant deux appareils essentiels au
                                    montage et à la maintenance des dispositifs électroniques.
                                    Il s’agit de deux générateurs BF, le EN5031 produit des
                                    signaux triangulaires et le EN5032, des signaux sinusoïdaux.
                                    Bien entendu, ces deux appareils sont une application des
                                    amplificateurs opérationnels.




                 es     deux                                                                               simple ! Par contre, si
                 généra-                                                                                   vous êtes déjà équipé
                 teurs vous                                                                                d’un oscilloscope, vous
                 seront fort                                                                               découvrirez vite que
                 utiles pour                                                                               vous avez besoin des
    contrôler préamplifica-                                                                                deux.
    teurs et amplificateurs
    BF, filtres, correcteurs                                                                          Avec le générateur de
    de tonalité, ainsi que                                                                            signaux triangulaires,
    pour piloter les circuits                             Figure 128 :                                il sera plus facile de
    intégrés numériques.         Le générateur BF d’ondes triangulaires de 20 à 20 000 Hz             vérifier si les deux
                                  EN5031 une fois monté dans son boîtier, avec face avant             transistors de sortie
    Le montage le plus                sérigraphiée. Un véritable aspect professionnel.                “push-pull” d’un ampli-
    simple, un générateur                                                                             ficateur sont correcte-
    de signaux triangulai-                                                                            ment polarisés (figure
    res (figure 128), n’utilise qu’un seul    sente l’avantage de fournir, précisé-  130). Si ce n’est pas le cas, vous ver-
    circuit intégré produisant, justement,    ment, des ondes de forme sinusoï-      rez à l’écran un escalier coupant le
    des ondes de forme triangulaire et de     dale et de fréquence comprise entre    triangle (figure 131a). Si l’étage final
    fréquence pouvant aller de 20 Hz à        6 Hz et 25 kHz environ.                est saturé, vous verrez que les pointes
    20 kHz environ.                                                                  sont émoussées (figure 131b).
                                              Certains d’entre vous doivent se
    Le second, plus complexe, un géné-        demander lequel des deux construire ?  Avec le générateur de signaux sinusoï-
    rateur de signaux sinusoïdaux (figure     Eh bien, tout dépend de ce que vous    daux vous pourrez plus facilement véri-
    129), utilise deux circuits intégrés      comptez en faire ! Si vous voulez con- fier si des distorsions ou des auto-
    et trois transistors, un NPN, un          trôler “à l’oreille” le fonctionnement oscillations se produisent. Dans ce
    PNP et un effet de champ. Par             d’un étage amplificateur, l’un vaut    cas, la sinusoïde présentera à l’écran
    rapport au premier montage, il pré-       l’autre et vous choisirez le plus      de petits nodules (figure 131c).


                                ELECTRONIQUE et Loisirs magazine   76   Cours d’Electronique – Deuxième niveau
                                                           LE COURS

                                                                                           opérationnel IC1/B, trois valeurs diffé-
                                                                                           rentes de condensateurs, C4, C5 et
                                                                                           C6. Sur les bornes de sortie du géné-
                                                                                           rateur, nous obtenons la fréquence la
                                                                                           plus basse de la gamme sélectionnée
                                                                                           en tournant le potentiomètre R6 pour
                                                                                           le maximum de résistance ; en le tour-
                                                                                           nant pour la résistance minimum, nous
                                                                                           obtenons la fréquence la plus haute.
                                                                                           Selon la théorie, la fréquence produite
                                                                                           par cet oscillateur peut être calculée
                                                                                           au moyen de la formule :

                                                                                                          hertz =
                                                                                             500 000 : (kilohms x nanofarads)

                                                                                           où
                                   Figure 129 :
         Le générateur BF d’ondes sinusoïdales de 6 à 20 000 Hz EN5032.                    - 500 000 est un nombre invariable,
                                                                                           - kilohms est la valeur de la somme
                                                                                             des résistances R5, R6 et R7,
                                                                                           - nanofarad est la somme des capa-
                                                                                             cités des condensateurs C4, C5 et
                                                                                             C6.

                                                                                           Les valeurs des résistances données
                                                                                           dans la liste des composants du géné-
                                                                                           rateur EN5031 étant en kilohms, on
                                                                                           peut les insérer directement dans la
                                                                                           formule.

                                                                                           Précisons, en outre, que les résistan-
                                                                                           ces R5 et R7, de 10 kilohms, sont en
                                                                                           série avec le potentiomètre R6 de 220
                                                                                           kilohms : donc, en tournant le potentio-
Figure 130 : Si un amplificateur ne dis-      Figure 131b : Si l’étage final de l’ampli-
                                                                                           mètre jusqu’à court-circuiter toute sa
tord pas, l’onde appliquée sur son en-        ficateur est saturé, vous verrez que les
trée se retrouve à sa sortie sans aucune      pointes des signaux triangulaires sont       résistance, la valeur ohmique à utiliser
déformation.                                  émoussées.                                   pour le calcul de la fréquence n’est pas
                                                                                           donnée par R5 + R6 + R7 mais seule-
                                                                                           ment par R5 + R6, soit :

                                                                                                    10 + 10 = 20 kilohms.

                                                                                           Si, au contraire, nous tournons le
                                                                                           potentiomètre R6 pour sa résistance
                                                                                           maximum, 220 kilohms, la valeur ohmi-
                                                                                           que à utiliser pour le calcul de la fré-
                                                                                           quence est de :

                                                                                                10 + 10 + 220 = 240 kilohms

                                                                                           Maintenant nous pouvons calculer la
Figure 131a : Si vous disposez d’un os-       Figure 131c : Avec le générateur de          fréquence produite par l’oscillateur. Si le
cilloscope, avec le générateur de signal      signaux sinusoïdaux et votre oscillos-       commutateur S1 relie à l’amplificateur
triangulaire, vous pourrez voir si les deux   cope, vous pourrez plus facilement vé-       opérationnel IC1/B le condensateur C4
transistors de sortie “push-pull” d’un am-    rifier si des distorsions ou des auto-       de 100 nF, en tournant le potentiomètre
plificateur sont correctement polarisés.      oscillations se produisent. Dans ce          R6 pour sa résistance maximum, nous
Si ce n’est pas le cas, vous verrez à         cas, la sinusoïde présentera de petits       obtiendrons une fréquence de :
l’écran un escalier coupant le triangle.      nodules.
                                                                                            500 000 : (240 x 100) = 20,83 Hz

Le générateur de signaux                      tion d’un générateur BF tout à fait con-     Si nous le tournons jusqu’à le court-cir-
triangulaires EN5031                          venable, en mesure de produire des           cuiter, la fréquence obtenue sera de :
                                              ondes triangulaires parfaites. Pour cou-
Le schéma en est donné à la figure            vrir toute la gamme audio de 20 Hz à              500 000 : (20 x 100) = 250 Hz
132. Les deux seuls amplificateurs            25 kHz, nous avons inséré entre l’en-
opérationnels contenus dans le circuit        trée inverseuse, broche 6, et la sor-        Si le commutateur S1 relie à l’amplifi-
intégré TL082 suffisent à la réalisa-         tie, broche 7, du second amplificateur       cateur opérationnel IC1/B le conden-


                          ELECTRONIQUE et Loisirs magazine       77   Cours d’Electronique – Deuxième niveau
                                                                                                      LE COURS

                                                                                                                                                      500 000 : (20 x 1) = 25 000 Hz
                                                                                                                     DS1       S2
                                                                                                                                                    Précisons que la fréquence calculée est
                                                                                        C4                      R10                                 légèrement différente de celle prélevée
                         C2                        C3
                                                                       1
      R1                                                                                    C5
                                                                                                                                     9V             à la sortie de l’oscillateur car tous les
                                                                      C             2                            DL1
                                                                                                                                                    composants ont une certaine tolérance.
                                                                  S1
                                                                                                                                                    Admettons que le condensateur C4 ait
            2                                                          3                C6
                     8                                                                                                                              une capacité de 100,5 nF au lieu de
                                        R5   R6         R7
                              1                                   6
                                                                                                       C7
                                                                                                                                                    100 nF : en tournant le potentiomètre
            3
                                       R3
                                                                                            7                                                       R6 pour sa résistance minimum, au
                                                        IC1-B
                                                                                                                      C8                            lieu d’obtenir une fréquence de 250 Hz
                IC1-A                                             5
                                                                                    4             R8            R9
                                       R4                                                                                                           nous obtiendrons une fréquence de :

                                                                                                                              SORTIE                  500 000 : (20 x 100,5) = 248 Hz
      R2        C1
                                                                                                                                                    Si le potentiomètre R6, à cause de sa
                                                                                                                                                    tolérance, a une valeur de 226 000
                                                                                                                                                    ohms, en le tournant pour sa résis-
  Figure 132 : Schéma électrique du générateur d’ondes triangulaires EN5031.                                                                        tance maximum nous n’obtiendrons
                                                                                                                                                    plus 20,83 Hz mais une fréquence de :

                                                                                                                                                    500 000 : (246 x 100,5) = 20,22 Hz
sateur C5 de 10 nF, en tournant le                                        Si le commutateur S1 relie à l’am-
potentiomètre R6 pour sa résistance                                       plificateur opérationnel IC1/B le con-                                    Concrètement, ces différences ne
maximum, nous obtiendrons une fré-                                        densateur C6 de 1 nF, en tournant le                                      sont pas déterminantes car, en sup-
quence de :                                                               potentiomètre R6 pour sa résistance                                       posant que l’on veuille contrôler un
                                                                          maximum, nous obtiendrons une fré-                                        amplificateur, même si nous par tons
  500 000 : (240 x 10) = 208 Hz                                           quence de :                                                               d’une fréquence minimum approchée
                                                                                                                                                    de 20 à 21 Hz pour atteindre une
Si nous tournons le potentiomètre jus-                                         500 000 : (240 x 1) = 2 083 Hz                                       fréquence maximum approchée de
qu’à le court-circuiter, nous obtien-                                                                                                               24 000 à 25 000 Hz, nous saurons,
drons une fréquence de :                                                  Si nous tournons le potentiomètre jus-                                    de toute façon, que notre amplifica-
                                                                          qu’à le court-circuiter, nous obtien-                                     teur peut amplifier toute la gamme
  500 000 : (20 x 10) = 2 500 Hz                                          drons une fréquence de :                                                  audio des basses aux aiguës.




                                                                                                                                                                      S1
                                                                                                                                                                  1
                                                                          1     2       3                                                                     2
                                                                                                                                                          3
                                                                                                       C
                                                                              C4 C5 C6                                     R10 DS1
                                                                                                 R8
                                                                                                                                                      C
                                                              C7                                           C2
                                                                                                                 C3                  –
                                                                               IC1                                                   9V
                                                             R1                                                                      +
                                                                                                 R7
                                  R9
                                                                                        R2


                                                                                                                     R6

                                                  C8         C1
                                                                                                                                     A

                                                                          R3 R4 R5                                                   K




                                                                                                                                                A    S2
                                                                                                                                     K




                                                                                                                                          DL1                         PRISE PILE
                          SORTIE

                 Figure 133a : Schéma d’implantation des composants du générateur d’ondes triangulaires.


                                  ELECTRONIQUE et Loisirs magazine                                              78         Cours d’Electronique – Deuxième niveau
                                                       LE COURS

L’amplitude maximum des signaux BF
que nous puissions prélever à la sor-
tie du générateur est de 3,5 Vpp envi-
ron si nous alimentons le circuit en 9 V
et de 4,5 V environ si nous l’alimen-
tons en 12 V. Etant donné que pour
régler les préamplificateurs il faut des
signaux de quelques millivolts, pour
réduire le signal, nous avons inséré le
potentiomètre R9.

Ce générateur peut être alimenté avec
une tension de 9 V : une pile 6F22 de
9 V fera l’affaire, à moins que vous
ne préfériez utiliser une alimentation
12 V comme l’alimentation universelle
EN5004, que nous vous avons pro-
posé de construire dans le cadre de ce                   Figure 133b : Dessin, à l’échelle 1, du circuit imprimé
                                                                 du générateur d’ondes triangulaires.
cours (ELM 7, p. 80).

Il va sans dire que pour utiliser l’ali-
mentation externe vous ne devez pas
relier les deux fils du porte-pile au cir-
cuit imprimé. Par contre, vous devrez
prévoir de souder sur ce circuit imprimé
deux fils, rouge et noir, assez longs
pour arriver aux deux douilles de sortie
de l’alimentation. La diode DS1, placée
en série dans le positif de l’alimenta-
tion, sert à protéger le circuit contre
toute inversion de polarité.


       Liste des composants
              EN5031
 R1    = 4,7 kΩ
 R2    = 4,7 kΩ
 R3    = 10 kΩ
 R4    = 10 kΩ
 R5    = 10 kΩ                                Figure 134 : Photo d’un des prototypes du générateur d’ondes triangulaires,
 R6    = 220 kΩ pot. log.                              tous les composants étant montés sur le circuit imprimé.
 R7    = 10 kΩ
 R8    = 10 kΩ
 R9    = 10 kΩ pot. log.
 R10   = 1 kΩ
 C1    = 4,7 µF électrolytique
 C2    = 100 nF polyester
 C3    = 47 µF électrolytique
 C4    = 100 nF polyester
 C5    = 10 nF polyester
 C6    = 1 nF polyester
 C7    = 10 µF électrolytique
 C8    = 10 µF électrolytique
 DS1   = Diode 1N4007
 DL1   = LED rouge 3 mm
 IC1   = Intégré TL082
         (double ampli. op.)
 S1    = Commutateur 1 c. 3 p.
 S2    = Interrupteur
 Divers
 3     Entretoises adhésives
 1     Boîtier pupitre Teko ou équiv.
 3     Boutons
 1     Douille banane (noire)
 1     Douille banane (rouge)                Figure 135 : Montage dans le boîtier plastique avec le commutateur rotatif S1,
 1     Cabochon pour LED 3 mm                             utilisé pour changer de gamme, fixé sur la face avant.


                         ELECTRONIQUE et Loisirs magazine    79   Cours d’Electronique – Deuxième niveau
                                                                                                                 LE COURS



                                                                                                                                                                                                                                                             DL1
                                 C3                                                                                            C14                                   C15
                                                         R3
                                                                                                                                                                                                                         C16
                                                                         R4                                      R7
                                                                                                                                                                                                                                                            R20
                                       C4
                         1                                                                                                           R8
                                 2                                            C7
                     C                                                                                                               6
                                                                                                                                                     8                                                                   R15
                                      C5
             S1-A                                                                                                                                              7
                                 3                             2
                                                                                                                      IC2-B                                                                                     2
                         4                                                           1                       C10                                                                 R11     R12                                             1
                                 C6                                                                                                                  4
                                                               3                                                                     5                                                                          3
                                                                                                                      C11
                                                                                                             1
                                                                                                                  2                                                                R13
                                                                                                                                                                                          R14
                                                                                                                                                                                                                              IC1-B
                                       C2
                                                                    IC2-A                                                                                                                                               C17                   DS1
                                                                                                                                                                                                                                                      R21
                                                         R5                                                           C12                       R9
                                                                                                    C                                                                                                                               R16
                                                                                                 S1-B             3
                                                                                                             4                                                                                              D                        R18
                                                         R6                                                        C13                          R10                                                                         G
                                                                                                                                                                                         FT1
  R1                                                                                                                                                                                                        S                                       C18
                             8                                                                                                                                                                                                      R17
            6                              7                                                                                                                                                                                                 R19

            5
                             4       IC1-A
                                                          C8                        C9
  R2            C1




           Figure 136 : Schéma électrique du générateur d’ondes sinusoïdales à très basse distorsion EN5032.
                                    Ce circuit comporte davantage de composants.




                                                                                                         C17
                                                    R2   R1        C2                                                                                                      C15                                          C3
                                                                                           R13                                 R16                         R11
                                                                                                                                                                                                   C6 C5 C4
                                                                                                                                          R12                                             R3
                                               C1
                                                                   IC1         R14                                       R18 R17 R19                           R8
                                                                                                                                                                           IC2
                                                                                                   DS1
                                                                                                             FT1                                                                                   R4
                                                                                     C16               R15                                                                                                                      1
                                                                                                                                                         C14                                                        2
                                                                                                                                          C18                                            C7
                                                                    R24                  C20                                                                                                                    3           C
                                                                                                                                                                    R7
                                                                                                                                                                                 C10
                                                                                                                                                                                                            4           S1               4
                                                                                                 R23




                                     R21                                                                                                                                 R5
                                                                                                                         R10                                                      C11                                   C            3
                                                                          TR2 TR1                                                                                                 C12                                           2
                                                                               DS3                                                                                                                                  1
                                                                                          DS2                                                                                     C13
                                                                   R22
                                                                                                   C8                     R6                                             R9
                                                                                         R25      C9
                                                                                                                      9V                                       DS4                                A         K               R20
                                                         C21
                                                                              R26                                                                                                  C19




                                                                                                                                          S2
                                                                                                                                                                                                        A

                                                                                                                                                                                              K




                                                                                PRISE PILE                                                                                                        DL1
                             SORTIE


Figure 137a : Schéma d’implantation des composants du générateur d’ondes sinusoïdales. Le commutateur rotatif S1 est
fixé sur le côté cuivre du circuit imprimé, comme le montre la photo de la figure 138. Les broches du potentiomètre R6 sont
soudées dans les 3 trous du circuit imprimé situés juste à côté de lui ; ceux du potentiomètre R10, dans les trous proches
de la résistance R9.


                                       ELECTRONIQUE et Loisirs magazine                                                        80        Cours d’Electronique – Deuxième niveau
                                                                 LE COURS

                                                     La réalisation pratique                   Sur chaque broche des potentiomètres
                                                     du générateur                             vous devez souder un fil de cuivre nu
                              DS4          S2        de signaux triangulaires                  dont l’extrémité ira dans le trou corres-
                                                                                               pondant du circuit imprimé.
                                                     Pour réaliser le générateur de signaux
                  C19
                                                9V   triangulaires, vous devez monter sur      Avant de fixer le circuit imprimé sur la
                                                     le circuit imprimé (figure 133b) tous     face avant, à l’aide d’entretoises plas-
                                C20
                                                     les composants visibles figure 133a       tiques autocollantes, vous devez y sou-
            R23                                                                                der les deux fils du porte-pile, ceux
                                                     en commençant par le support du cir-
                   C
                                                     cuit intégré IC1. Après avoir soudé       de l’interrupteur S2, ceux du commuta-
             B                                       ses broches, vous pouvez insérer tou-     teur S1, ceux de la diode LED et enfin
                        TR1
                   E                                 tes les résistances et la diode DS1,      ceux qui relieront les douilles de sortie
                        R25                          en ayant soin de l’orienter correcte-     du signal au circuit imprimé.
           DS2
   R22                              C21              ment. Poursuivez avec les condensa-
           DS3                                       teurs polyester.                          Après avoir raccourci l’axe du commu-
                   E    R26                                                                    tateur rotatif S1 à 8 mm (pour que
             B
                        TR2               SORTIE     Après ces condensateurs, soudez les       le bouton ne vienne pas racler con-
    R24            C                                 électrolytiques en respectant bien la     tre la face avant), vous pouvez le blo-
                                                     polarité.                                 quer à l’aide de son écrou plat et sou-
                                                                                               der ses broches 1, 2, 3 et C aux fils
                                                     Vous pouvez maintenant vous consa-        en attente venant du circuit imprimé.
                                                     crer au montage des deux potentiomè-      Comme sur ce commutateur se trou-
                                                     tres R6 de 220 kilohms et R9 de 10        vent 4 broches centrales, vous devez
                                                     kilohms. Avant de fixer les potentiomè-   nécessairement choisir la broche C du
                                                     tres sur le circuit imprimé à l’aide de   secteur correspondant aux broches 1,
                                                     leur écrou plat, vous devez raccourcir    2 et 3 sur lesquelles vous avez déjà
                                                     leur axe, de manière à le ramener à       soudé les fils ; sinon, le générateur ne
                                                     une longueur de 16 mm (figure 141).       fonctionnera pas.




Figure 137b : Dessin, à l’échelle 1, du circuit imprimé du générateur d’ondes sinusoïdales, côté soudures. Si vous décidez
de réaliser vous-même ce circuit imprimé, n’oubliez pas toutes les liaisons indispensables entre les deux faces. Les circuits
professionnels sont à trous métallisés et sont sérigraphiés.




          Figure 137c : Dessin, à l’échelle 1, du circuit imprimé du générateur d’ondes sinusoïdales, côté composants.


                                ELECTRONIQUE et Loisirs magazine       81   Cours d’Electronique – Deuxième niveau
                                                                   LE COURS

                                                                                              N’intervertissez pas les pattes de la
                                                                                              diode LED, sinon elle ne s’allumera
                                                                                              pas (figure 140).

                                                                                              Quand vous fixerez les douilles de sor-
                                                                                              tie du signal, pensez à enfiler derrière
                                                                                              la face avant la rondelle plastique iso-
                                                                                              lante avant de visser les deux écrous
                                                                                              plats, sinon vous mettrez le signal à la
                                                                                              masse et l’appareil ne produira aucun
                                                                                              signal (figure 143).

                                                                                              C’est seulement maintenant que vous
                                                                                              pouvez insérer dans son support le
                                                                                              circuit intégré TL082 avec son repère
                                                                                              détrompeur en U tourné vers le poten-
                                                                                              tiomètre R9 (figure 133a).

                                                                                              Une fois branchée la pile 6F22 de 9 V,
                                                                                              vous pouvez prélever sur les douilles
                                                                                              de sortie le signal BF. Si vous possé-
                                                                                              dez un petit amplificateur, vous pour-
                                                                                              rez appliquer ce signal sur son entrée
                                                                                              et écouter dans le haut-parleur toutes
Figure 138 : Photo du circuit imprimé double face à trous métallisés du géné-                 les fréquences acoustiques. Si vous
rateur d’ondes sinusoïdales. En haut, vue du côté soudures : S1 est soudé de                  n’avez pas d’amplificateur, vous pou-
ce côté. En dessous, vue du côté composants : les potentiomètres seront fixés                 vez appliquer le signal à un casque à
sur cette face.                                                                               écouteurs.


                                                                                              Le générateur de signaux
                                                                                              sinusoïdaux EN5032

                                                                                              Le circuit du générateur capable de four-
                                                                                              nir des ondes sinusoïdales à très faible
                                                                                              distorsion reste très simple, même s’il
                                                                                              est un peu plus complexe que celui du
                                                                                              générateur de signal triangulaire. Son
                                                                                              schéma est visible figure 136. Il néces-
                                                                                              site deux circuits intégrés TL082, un
                                                                                              FET, deux transistors (un NPN et un
                                                                                              PNP) ainsi qu’un double potentiomètre
                                                                                              (R6-R10) et un double commutateur
                                                                                              rotatif (S1/A-S1/B) destiné à insérer les
                                                                                              condensateurs dans le circuit en fonc-
                                                                                              tion de la sous-gamme désirée.

                                                                                              En effet, pour couvrir toute la gamme
                                                                                              audio de 6 Hz à 25 kHz, il faut insé-
                                 Figure 139 :                                                 rer, sur les deux amplificateurs opéra-
         Montage dans le boîtier plastique au moyen de 4 entretoises                          tionnels IC1/A-IC2/B, quatre conden-
                          à bases autocollantes.                                              sateurs différents C3, C4, C5, C6 et
                                                                                              C10, C11, C12, C13. En théorie, la
                                                                                              fréquence produite par cet oscillateur
                                                                                              peut se calculer avec la formule :
        +V   7   6    5

                                                                                                             hertz =
                                                        B            A     K                    175 000 : (kilohms x nanofarads)
                                      S
                                                  E            C      DIODE
                                                                               A   K          où
         1   2   3    -V       D              G                        LED
                                                      BC 328                                  - 175 000 est un nombre invariable,
             TL 082                BC 264 B           BC 547                                  - kilohms est la valeur de la somme
                                                                                                des résistances R5 et R6,
Figure 140 : Brochages, vu de dessus, du circuit intégré TL082 utilisé dans les               - nanofarads est la capacité insérée
deux générateurs et, vus de dessous, du FET BC264, des transistors BC328 et                     sur l’amplificateur opérationnel IC2/A
BC547 (utilisés pour le générateur BF d’ondes sinusoïdales) et de la diode LED
(le plus long des fils est l’anode A, le plus court, la cathode K).                             (cette capacité doit être identique à
                                                                                                celle appliquée sur IC2/B).


                           ELECTRONIQUE et Loisirs magazine           82   Cours d’Electronique – Deuxième niveau
                                                       LE COURS

Précisons que la résistance R5 de 6,8
kilohms est en série avec le poten-               Liste des composants                  C9  = 100 nF polyester
tiomètre R6 de 47 kilohms et que,                        EN5032                         C10 = 470 nF polyester
                                                                                        C11 = 68 nF polyester
par conséquent, si nous tournons le
                                            R1    = 10 kΩ                               C12 = 8,2 nF polyester
potentiomètre jusqu’à cour t-circuiter
                                            R2    = 10 kΩ                               C13 = 1 nF polyester
toute sa résistance, la valeur ohmi-
                                            R3    = 10 kΩ                               C14 = 22 pF céramique
que à utiliser pour le calcul de la fré-
                                            R4    = 10 kΩ                               C15 = 100 nF polyester
quence sera de 6,8 kilohms. Si, par
                                            R5    = 6,8 kΩ                              C16 = 22 pF céramique
contre, nous le tournons pour le maxi-
                                            R6    = 47 kΩ pot. log. double (R10)        C17 = 470 nF polyester
mum de résistance, la valeur ohmique
                                            R7    = 10 kΩ                               C18 = 1 µF électrolytique
à utiliser sera de :
                                            R8    = 10 kΩ                               C19 = 47 µF électrolytique
                                            R9    = 6,8 kΩ                              C20 = 100 nF polyester
       6,8 + 47 = 53,8 kilohms
                                            R10   = 47 kΩ pot. log. double (R6)         C21 = 220 µF électrolytique
                                            R11   = 1 kΩ                                DS1 = Diode 1N4150
Si le commutateur S1/A insère le con-
                                            R12   = 1 kΩ                                DS2 = Diode 1N4150
densateur C3 de 470 nF, en tournant
le potentiomètre pour sa résistance         R13   = 180 Ω                               DS3 = Diode 1N4150
maximum, nous obtiendrons une fré-          R14   = 150 Ω                               DS4 = Diode 1N4007
                                            R15   = 10 kΩ                               DL1 = LED rouge 3 mm
quence de :
                                            R16   = 100 kΩ                              TR1 = NPN BC547
                                            R17   = 100 kΩ                              TR2 = PNP BC328
  175 000 : (53,8 x 470) = 6,9 Hz
                                            R18   = 470 kΩ                              FT1 = FET BC264B
                                            R19   = 1 MΩ                                IC1 = Intégré TL082
Si nous le tournons jusqu’à le court-cir-
                                            R20   = 1 kΩ                                      (double ampli. op.)
cuiter, la fréquence obtenue sera de :
                                            R21   = 10 kΩ pot. log.                     IC2 = Intégré TL082
  175 000 : (6,8 x 470) = 54,7 Hz           R22   = 180 Ω                                     (double ampli. op.)
                                            R23   = 3,3 kΩ                              S1 = Commutateur 2 circuits
                                            R24   = 3,3 kΩ                                    3 positions
Si le commutateur S1/A insère le con-
densateur C4 de 68 nF, en tournant          R25   = 220 Ω                               S2 = Interrupteur
le potentiomètre pour sa résistance         R26   = 220 Ω
                                            C1    = 10 µF électrolytique                Divers
maximum, nous obtiendrons une fré-
quence de :                                 C2    = 100 nF polyester
                                            C3    = 470 nF polyester                    4      Entretoises adhésives
                                            C4    = 68 nF polyester                     1      Boîtier pupitre Teko ou équiv.
  175 000 : (53,8 x 68) = 47,8 Hz
                                            C5    = 8,2 nF polyester                    3      Boutons
                                            C6    = 1 nF polyester                      1      Douille banane (noire)
Si nous tournons le potentiomètre jus-
                                            C7    = 22 pF céramique                     1      Douille banane (rouge)
qu’à le court-circuiter, nous obtien-
                                            C8    = 10 µF électrolytique                1      Cabochon pour LED 3 mm
drons une fréquence de :

  175 000 : (6,8 x 68) = 378,4 Hz

Si le commutateur S1/A insère le con-                                                                  Figure 141 : Avant de
densateur C5 de 8,2 nF, en tournant le                         8 mm                                    fixer les deux poten-
potentiomètre pour sa résistance maxi-                                                      16 mm      tiomètres sur le circuit
mum, nous obtiendrons une fréquence                                                                    imprimé du générateur
de :                                                                                                   d’ondes triangulaires,
                                                                                                       vous devrez en rac-
                                                                                                       courcir l’axe à 16/17
 175 000 : (53,8 x 8,2) = 396,6 Hz
                                                                                                       mm ; celui du commu-
                                                                                                       tateur rotatif est à ra-
Si nous tournons le potentiomètre jus-                                                                 mener à 8 mm.
qu’à le court-circuiter, nous obtien-
drons une fréquence de :

  175 000 : (6,8 x 8,2) = 3 138 Hz

Si le commutateur S1/A insère le con-
densateur C6 de 1 nF, en tournant le
potentiomètre pour sa résistance maxi-                                                 22 mm                       22 mm
mum, nous obtiendrons une fréquence         Figure 142 : Les axes
                                            des deux potentiomè-
de :                                        tres du générateur
                                            d’ondes sinusoïdales
  175 000 : (53,8 x 1) = 3 252 Hz           sont également à rac-
                                            courcir, à 22 mm cet-
Si nous tournons le potentiomètre jus-      te fois.
qu’à le court-circuiter, nous obtien-
drons une fréquence de :

  175 000 : (6,8 x 1) = 25 735 Hz


                         ELECTRONIQUE et Loisirs magazine    83     Cours d’Electronique – Deuxième niveau
                                                           LE COURS

                                                                                          L’amplitude maximum du signal BF que
                                                   Figure 143 : Comme le montre la        nous pouvons prélever à la sortie de ce
                                                   figure, les douilles de sortie sont    générateur est de 3,5 Vpp environ pour
                                                   à fixer sur la face avant en insé-     une alimentation de 9 V et de 5 Vpp
                                                   rant, par derrière, la rondelle iso-
                                                                                          environ s’il est alimenté en 12 V.
                                                   lante, avant de visser les deux
                                                   écrous. Faute de cela, le signal
                                                   BF serait court-circuité sur le mé-    Pour alimenter le générateur en 9 V,
      RONDELLE
      ISOLANTE                                     tal de la face avant.                  vous pouvez utiliser une pile 6F22 de
                                                                                          9 V. Si vous voulez l’alimenter en 12 V,
                                                                                          vous pouvez, là encore, utiliser l’ali-
                                                                                          mentation universelle EN5004.
Etant donné que le commutateur S1/A            Le FET relié à IC1/B sert à corriger, de
est couplé au commutateur S1/B et que          manière automatique, le gain de cet        Il va sans dire que pour utiliser
le potentiomètre R6 est couplé au poten-       amplificateur opérationnel afin d’ob-      l’alimentation externe vous ne devez
tiomètre R10, quand nous appliquons            tenir en sortie un signal d’amplitude      pas relier les deux fils du porte-pile
sur l’amplificateur opérationnel différen-     constante sur les quatre sous-gammes       au circuit imprimé. Par contre, vous
tes valeurs ohmiques et capacitives, les       de fréquence avec le minimum de dis-       devrez prévoir de souder sur ce circuit
mêmes valeurs sont appliquées sur l’am-        torsion.                                   imprimé deux fils, rouge et noir, assez
plificateur opérationnel IC2/B.                                                           longs pour arriver aux deux douilles de
                                               La diode DS1, en effet, redresse la        sortie de l’alimentation. La diode DS4,
Pour ce générateur également, les fré-         demie onde négative du signal pré-         placée en série dans le positif de l’ali-
quences calculées seront plus élevées          sent à la sortie de l’amplificateur opé-   mentation, sert à protéger le circuit
ou plus faibles d’environ 10 % en rai-         rationnel et charge le condensateur        contre toute inversion de polarité.
son de la tolérance des composants.            électrolytique C18 relié à la porte du
Comme nous considérons que ce géné-            FET. Ce FET se comporte comme une
rateur sera utilisé pour contrôler des         résistance variable réduisant le gain      La réalisation pratique
préamplificateurs ou des étages de             de IC1/B si la tension négative que la     du générateur de signaux
puissance BF, la marge d’erreur est            diode DS1 redresse augmente et aug-        sinusoïdaux
plus que satisfaisante pour cet appa-          mentant le gain si la tension négative
reil hyper-économique.                         redressée par la diode DS1 s’abaisse.      Pour cette réalisation, il faut monter sur
                                                                                          le circuit imprimé double face à trous
Pour savoir avec une précision abso-           Les transistors TR1 et TR2 appliqués       métallisés (figures 137b et 137c), tous
lue quelle fréquence est produite par le       après le potentiomètre linéaire R21,       les composants de la figure 137a. Si
générateur, nous aurions dû compléter          réglant l’amplitude de la tension de       vous avez réalisé vous-même le circuit
cet instrument par un fréquencemètre           sortie, sont utilisés comme amplifica-     double face, n’oubliez pas les liaisons
numérique, ce qui aurait entraîné un           teurs finaux de courant.                   indispensables entre les deux faces.
surcoût injustifié.

Quoi qu’il en soit, si vous disposez
déjà d’un tel fréquencemètre, vous
pourrez lire la fréquence produite en la
prélevant directement sur la broche de
sortie de IC1/B.

Pour compléter la description du fonction-
nement du générateur de signaux sinu-
soïdaux, nous devons ajouter que l’am-
plificateur opérationnel IC1/A est utilisé
pour obtenir la moitié de la tension d’ali-
mentation indispensable pour alimenter
les entrées non-inverseuses des ampli-
ficateurs opérationnels, c’est-à-dire cel-
les marquées sur le schéma par le signe
“+”. Si, avec un simple multimètre, vous
mesurez la tension présente entre le
positif d’alimentation et la broche de sor-
tie de IC1/A, vous lirez 4,5 V positifs ; si
vous mesurez la tension présente entre
la broche de sortie de IC1/A et le néga-
tif d’alimentation, vous lirez une tension
de 4,5 V négatifs. Par conséquent, les
trois amplificateurs opérationnels IC2/A,
IC2/B, IC1/B et les FET ne sont pas ali-
mentés par une tension simple de 9 V            Figure 144 : Parce qu’ils suivent notre cours, beaucoup de lecteurs sont déjà
                                                capables de monter et de faire fonctionner des circuits électroniques. La plupart
mais par une tension double symétrique
                                                sont partis de zéro mais deviendront, dans un proche avenir, des techniciens
de 4,5 + 4,5 V car la sortie de IC1/A est       spécialisés.
utilisée comme masse fictive.

                          ELECTRONIQUE et Loisirs magazine        84   Cours d’Electronique – Deuxième niveau
                                                        LE COURS

Bien que ce circuit soit plus complexe      bien fort, la platine au verso de la face   Précisons que la tension lue sur un
que le précédent, si vous suivez bien       avant.                                      multimètre est exprimée en Volts effi-
le schéma d’implantation des compo-                                                     caces. Par conséquent, si vous voulez
sants vous ne rencontrerez pas davan-       Sur cette face avant, justement, fixez      connaître la valeur de la tension crête-
tage de difficultés.                        aussi l’interrupteur S2, le support de      crête Vpp, vous devrez multiplier les
                                            la diode LED et les deux douilles de        Veff par 2,82.
Tout d’abord, insérez les deux sup-         sortie du signal BF.
ports des circuits intégrés IC1 et IC2      Le câblage est alors terminé et vous        Si vous branchez un casque sur les
et soudez leurs broches en prenant          pouvez insérer dans leurs supports          douilles de sortie, vous pourrez écou-
bien garde de ne pas les court-circuiter    les circuits intégrés TL082 en prenant      ter toutes les fréquences, des notes
entre elles ou avec les pistes adjacen-     garde de bien orienter leur repère-dé-      basses aux notes suraiguës. Précisons
tes.                                        trompeur en U vers le bas, comme le         toutefois que tous les casques à écou-
                                            montre la figure 137a.                      teurs ne sont pas capables de repro-
Ensuite, placez les résistances, le trim-                                               duire les sons d’une fréquence infé-
mer R12 et les 4 diodes au silicium         Avant de pouvoir utiliser votre généra-     rieure à 20 ou 30 Hz. En outre, même
DS1, DS2 et DS3 auront leur bague           teur vous devez encore effectuer un         s’ils peuvent reproduire les aiguës jus-
orientée vers la gauche ; DS4 sa bague      réglage. Branchez la pile de 9 V 6F22.      qu’à 20 kHz, notre oreille, elle, n’est
orientée vers la droite (figure 137a).      Puis réglez le trimmer R12. Si vous         pas en mesure d’entendre les sons au-
                                            n’avez pas d’oscilloscope, utilisez un      delà de 15 kHz !
Poursuivez avec le montage des con-         multimètre en suivant les indications
densateurs céramiques puis polyes-          ci-dessous :                                Quand vous serez en possession de
ters. Après, continuez avec les conden-                                                 votre ou de vos générateurs BF, vous
sateurs électrolytiques en respectant       1 - Prenez votre multimètre et commu-       pourrez contrôler avec une très grande
bien leur polarité.                             tez-le en courant alternatif avec une   facilité tous les amplificateurs. Ces
                                                portée de 1 V fond d’échelle.           deux appareils viendront compléter
Maintenant, prenez le transistor BC328                                                  votre laboratoire qui, équipé pour des
et placez-le (TR2) méplat tourné vers       2 - Connectez les deux pointes de tou-      sommes dérisoires, n’aura bientôt plus
le potentiomètre R21. Prenez le tran-           che aux douilles de sortie signal.      rien à envier à ceux, beaucoup plus
sistor BC547 et placez-le (TR1) méplat                                                  coûteux, des professionnels.
tourné vers TR2 (figure 137a).              3 - Tournez, avec un petit tournevis,
                                                le curseur du trimmer R12 vers la
Montez ensuite le FET BC264 (FT1)               gauche (sens antihoraire) : le multi-
méplat tourné vers le condensateur              mètre n’indique aucune tension.
C17.
                                            4 - Tournez le bouton du commutateur
A propos de ces trois derniers semi-            “Range” sur A, c’est-à-dire sur la
conducteurs, ayez soin de tenir leur            gamme 6 à 50 Hz, puis tournez
corps à une certaine distance de la             le bouton d’accord sur 50 Hz envi-
surface du circuit imprimé : ne raccour-        ron et le bouton du potentiomètre
cissez pas leurs pattes, ce qui évitera         “Signal Output” (signal de sor tie)
de les surchauffer en les soudant.              au maximum.

Maintenant, vous pouvez monter le           5 - Avec un tournevis, tournez lente-
potentiomètre R21 de 10 kilohms et              ment R12 dans le sens horaire (à
le double potentiomètre R10-R6 de 47            droite) jusqu’à trouver la position
kilohms. Avant de les fixer à l’aide de         pour laquelle le multimètre indiquera
leur écrou plat, raccourcissez leur axe         une tension alternative de 1 V.
à 22 mm (figure 142). Pour connecter
leurs broches au circuit imprimé, uti-      6 - Quand vous lisez 1 V fond d’échelle
lisez des morceaux de fil de cuivre             sur le multimètre, ne tournez pas
dénudé. Les broches du potentiomètre            R12 davantage, même si la tension
R6 vont aux trous du circuit imprimé            augmente, car vous n’obtiendriez
les plus proches ; celles de R10 vont           plus une onde sinusoïdale dépour-
aux trous voisins de R9 (figure 137a).          vue de distorsion.

Avant d’insérer le commutateur rotatif      7 - Quand vous faites ce réglage, ali-
S1 sur le circuit imprimé et de souder          mentez le montage avec la pile de
ses broches, raccourcissez son axe à            9 V car, si vous l’alimentez avec
8 mm afin d’éviter que son bouton ne            une alimentation externe de 12 V,
touche la face avant (figure 141).              vous n’obtiendrez pas 1 V mais
                                                1,7 V.
Après avoir soudé les deux fils du
porte-pile, ceux de la diode LED, de        8 - N’essayez pas de mesurer la ten-
l’interrupteur S2 et de la connexion            sion de sortie sur une fréquence
des sorties aux deux douilles, enfilez          supérieure à 400 ou 500 Hz car
les axes des entretoises autocollantes          le multimètre risque de ne pas
dans les trous situés aux quatre coins          bien redresser la tension au-delà
du circuit imprimé et fixez, en pressant        de cette fréquence.


                         ELECTRONIQUE et Loisirs magazine      85   Cours d’Electronique – Deuxième niveau
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                                                         LE COURS

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     N 2
       N°
  ÇO AU
LE IVE
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                   Un capacimètre
                   pour multimètre
                                              Le EN5033
                                    Mise en pratique
                               Après les deux générateurs de signaux du précédent
                               chapitre, nous continuons à équiper votre laboratoire avec ce
                               capacimètre pour multimètre, à la fois très précis, simple à
                               construire et économique. Il vous permettra d’effectuer toutes
                               les mesures de capacité, à partir de quelques picofarads,
                               avec une précision dépendant essentiellement du multimètre
                               (analogique ou numérique), que vous utiliserez comme unité
                               de lecture.




                                                        Comme système d’affichage pour ce capacimètre,
                                                        vous pouvez utiliser soit un multimètre analogique,
                                                                    soit un multimètre digital.




              n effet, votre multimètre ne comporte peut-être        Ce capacimètre, couplé à un multimètre à aiguille ou numé-
              pas la fonction “CAP” ou alors elle ne vous            rique, permettra au jeune électronicien, tout comme au che-
              semble pas assez précise en raison du nom-             vronné, de connaître la valeur de capacité de tous les con-
              bre insuffisant de portées : c’est souvent le          densateurs, même ceux, et ils sont nombreux, ne comportant
              cas avec les contrôleurs universels de bas de          pas sur leur enrobage cette indication en langage clair. Même
    gamme ! Avec notre appareil, si vous décidez de faire            discours pour les condensateurs variables ou ajustables et, a
    les frais d’achat d’un bon multimètre, vous n’aurez pas          fortiori, pour une diode varicap, toujours énigmatique si on ne
    besoin de choisir un modèle doté de cette fonction, que          possède pas les données correspondant à son appellation,
    vous paieriez forcément plus cher.                               par exemple BB112 (250 pF à 0 volt).

                          ELECTRONIQUE et Loisirs magazine      86   Cours d’Electronique – Deuxième niveau
                                                                                                                          LE COURS

                                                                                                                                                                                                                                                                          S2
                                                                                                                                                                      U                   E
                                                                                                                                                                            IC3
                                                      R2            R3           R4              R5                                                                                                                                                    R7
                                                                                                                                                                                 M
                                            R1
                                                      10 000                     0,1                                 C1                                                                                                                                                                9V
                                                        pF                       µF                                                        C2      C3                                         C4        C5
                                                            3                4                                                                                                                                                                           DL1
                                              1 000                                             1 µF
                    DS1                        pF 2                                    5

                                            100 pF 1                 C                 6 10 µF
                                                        S1-A
                                                                                  1                                       14       IC1-B
                                                                                                             3   13
                                                                                                                                      11
                                                                                  2
                                                                                           IC1-A                 12                                                                                          POWER
                                                                                                                                                                                                                                                                      POWE
                                                                                                                                                                                                                                                                      R
                                                                                                                                                                                                                                                                                  OH
                                                                                                                                                                                                                                                                                  M

                                                                                                                                                                                                             OFF    ON
                                                                                                                                                                                                                                          1000 750 200
                                                                                                                                                                                                                                                         V                 HI     LO
                                                                                                                                                                                                                               V 20 200
                        CX                        DS2                    C                                                                                                                                          200m
                                                                                                                                                                                                                               2
                                                                                                                                                                                                                                                         20
                                                                                                                                                                                                                                                                  2
                                                                                                                                                                                                                                                                      200m

                                                                                                       R6                                                                                          µA
                                                                                            B                        5                                                                                             20M
                                                                                                                                                                                                                                                                           200µ



                                                            TR1                                                                       4                                                                        200K
                                                                                                                                                                                                                   2M                                                      2m
                                                                                                                                                                                                                                                                           20m
                                                                                                                                                                                                                                                                           10A




                                                                                                                                                                                                                                                                                 A
                                                                         E                                                                                                                                         Ω
                                                                                                                                                                                                                    20K

                                                                                                                                                                                                                          2K
                                                                                                                                                                                                                                                                      2
                                                                                                                                                                                                                                                                          200m



                                                                                                                     6                                                                                                                                        2


                                                                                                                           7                    IC2-A                                                                              200Hi 200µ 2m 20m
                                                                                                                                                                                                                                                       200m


                                                                                                                                   IC1-C
                                                                                                                                                                                                                                                                      10 A
                                                                                                                                                                                                                                                 10A
                                                                                                                                                                                                                                             A
                                                                                                                                           8                10        R16                                                                                V-A-Ω



                                                                                                                                                                                                                                                                  COM




                                                                                                                                           9


                                                                                                                                                                                  C11

                            R9                    S1-B                                     R11
                                                                                                                           R13       DS3

                                              3        4
                          R10                                   5                          R12
                                        2
                   R8                                                                                   C7
                                 100 pF 1               C           6 10 µF
                                                                                                                                                                      5
                             1                                                                                                 8                  C10                                     4
                                                  3        12                                           C9                                 10
                                                                                           11
                                                                                                                                                                  6
                             2                                                                                                 9                                             7       IC2-D
                                   14                                                                                                                             R14
                                        IC2-B              13
                                                                                                                                   IC1-D          ZÉRO
                                                                    IC2-C                               C8
                                            C6                                                                                                                    R15




                                       Figure 145 : Schéma électrique du capacimètre.
    Si vous reliez un multimètre à aiguille, réglé sur la portée 100 µA, à la sortie du capacimètre, vous devez utiliser une
        valeur de 22 kilohms pour R16. Si le multimètre est sur la portée 300 µA, vous devez utiliser une 5,6 kilohms.


Le principe                                                                                                                                mais nous nous étendrons sur le principe de fonctionne-
de fonctionnement                                                                                                                          ment. Nous avons, en effet, adopté pour ce schéma quel-
                                                                                                                                           ques solutions ingénieuses que tout concepteur électroni-
Le montage, dont vous pouvez voir le schéma électrique                                                                                     cien pourra mettre à profit dans d’autres applications…
figure 145, utilise deux circuits intégrés numériques seule-
ment. Etant donné que notre objectif, dans ce cours, est                                                                                   Afin de comprendre comment fonctionne ce capacimètre,
d’enseigner l’électronique, nous ne nous contenterons pas                                                                                  nous devons avant tout savoir comment changent les
de vous proposer de monter quelques composants sur le                                                                                      niveaux logiques des deux NAND reliés en configuration
circuit imprimé pour voir l’appareil fonctionner tout de suite,                                                                            FLIP-FLOP SR (Set-Reset).


       entrée 13 = 0                                            sortie 11 = 1                                                                           entrée 13 = 1                                                                         sortie 11 = 0
       entrée 6 = 1                                             sortie 4 = 0                                                                            entrée 6 = 0                                                                          sortie 4 = 1

       entrée 13 = 1                                            sortie 11 = 1                                                                           entrée 13 = 1                                                                         sortie 11 = 0
       entrée 6 = 1                                             sortie 4 = 0                                                                            entrée 6 = 1                                                                          sortie 4 = 1


                IC1-B                                                        IC1-B                                                                                        IC1-B                                                                                            IC1-B
           13                                                       13                                                                                           13                                                                                    13
       0                11
                                    1                  1                                           11
                                                                                                                 1                                      1                            11                                               1                                                     11
                                                                                                                                                                                                   0                                                                                             0
           12                                                       12                                                                                           12                                                                                    12


            5                                                        5                                                                                           5                                                                                       5
                        4                                                                          4                                                                                 4                                                                                                      4
       1                            0                  1                                                         0                                                                                 1                                                                                             1
            6                                                        6                                                                                  0         6
                                                                                                                                                                                                                                      1                  6
                IC1-C                                                        IC1-C                                                                                        IC1-C                                                                                             IC1-C

                Figure 146 : Première condition.                                                                                                                          Figure 147 : Deuxième condition.



                                  ELECTRONIQUE et Loisirs magazine                                                                    87       Cours d’Electronique – Deuxième niveau
                                                        LE COURS

Le FLIP-FLOP est le circuit intégré IC1-A   nouveau les niveaux logiques 1-0. Pour       Nous l’avons dit, dès qu’un condensa-
et IC1-B. Les broches 13 et 6 sont les      remettre les deux sorties aux niveaux        teur est inséré dans les douilles, nous
entrées, les 11 et 4 les sorties. En        logiques 1-0, il est nécessaire que la       avons un niveau logique haut (1) sur la
tenant compte des niveaux logiques en       broche d’entrée 13 (qui est actuelle-        broche 11 du FLIP-FLOP et un niveau
entrée, nous pouvons obtenir un cer-        ment au niveau logique haut) passe au        logique bas (0) sur la broche de sortie
tain niveau logique sur les sorties du      niveau logique bas (0), comme le mon-        4 (figure 146 à gauche).
FLIP-FLOP, comme l’indiquent les figu-      tre le dessin de droite.
res 146 et 147.                                                                          Chaque fois que l’oscillateur IC2-B/
                                            Une fois que l’on a compris comment          IC2-C envoie sur la broche 6 du FLIP-
                                            changent les niveaux logiques des sor-       FLOP une impulsion de niveau logique
La première condition                       ties du FLIP-FLOP SR, nous pouvons           bas (0), on a un niveau logique bas (0)
                                            poursuivre avec la description du cir-       sur la broche de sortie 11 et un niveau
Dans la première condition (figure          cuit, car vous êtes maintenant en            logique haut (1) sur la broche de sortie
146), c’est-à-dire quand la broche d’en-    mesure de comprendre comment on              4 : c’est la situation de la figure 147 à
trée 13 est au niveau logique bas (0)       peut mesurer la capacité d’un conden-        gauche.
et la broche 6 au niveau logique haut       sateur.
(dessin de gauche), sur la sortie 11,                                                    Dès l’instant où la broche de sortie
nous retrouvons un niveau logique haut      En effet, chaque fois qu’un condensa-        11 passe au niveau logique bas (0),
(1) et sur la sortie 4 un niveau logi-      teur est inséré dans les douilles CX, le     automatiquement le transistor TR1 éli-
que bas (0). Si la broche d’entrée          FLIP-FLOP se trouve dans la condition        mine le court-circuit à l’entrée CX.
13 passe du niveau logique bas (0)          de gauche de la figure 146, c’est-à-dire     Dans ces conditions, le condensateur
au niveau logique haut (dessin de           que sur la broche de sortie 11 nous          inséré dans ces douilles commence à
droite), le niveau logique sur les deux     avons un niveau logique haut (1) et sur      se charger avec la tension positive four-
sor ties ne change pas et, par consé-       la broche de sortie 4 un niveau logique      nie par le commutateur rotatif S1-A.
quent, nous retrouvons de nouveau les       bas (0).
niveaux logiques 1-0.                                                                    Quand la tension aux bornes du con-
                                            Etant donné que, sur la broche de sor-       densateur atteint sa valeur maximale,
                                            tie 11 est connectée la base du tran-        nous retrouvons un niveau logique
La deuxième condition                       sistor TR1, celui-ci recevant un niveau      haut (1) à l’entrée du NAND IC1-A et,
                                            logique haut (1), c’est-à-dire une ten-      comme ce NAND est monté en inver-
Dans la deuxième condition (figure          sion positive, il entre en conduction et     seur, nous avons en sortie un niveau
147), nous pouvons noter que, lorsque       court-circuite à la masse, par l’intermé-    logique bas (0) qui, atteignant la bro-
la broche d’entrée 13 est au niveau         diaire de son collecteur, l’entrée CX.       che 13 du FLIP-FLOP, change de nou-
logique haut (1) et que le niveau logi-                                                  veau les niveaux logiques des sorties
que de la broche 6 passe du niveau          Comme le schéma électrique vous le           comme le montre le dessin de gauche
logique haut (1) au niveau logique bas      montre, la seconde broche d’entrée 6         de la figure 147.
(dessin de gauche), le niveau logique       du FLIP-FLOP est reliée, par l’intermé-
des deux sorties change par rapport à       diaire du condensateur C9, à l’étage         Quand le niveau logique haut (1) revient
la condition précédente et, par consé-      oscillateur composé des NOR exclusifs        sur la broche de sortie 11 du FLIP-FLOP,
quent, nous retrouvons sur la broche        IC2-B et IC2-C.                              le transistor TR1 entre de nouveau en
11 un niveau logique bas (0) et sur la                                                   conduction et court-circuite les deux
broche 4 un niveau logique haut (1). Si     Cet étage s’occupe d’envoyer sur la bro-     douilles CX : le condensateur à mesurer
la broche d’entrée 6 passe du niveau        che 6 une suite d’impulsions de niveau       se décharge alors rapidement.
logique bas (0) au niveau logique haut      logique bas (0) permettant au FLIP-FLOP
(dessin de droite), le niveau logique       IC1-B/IC1-C de changer le niveau logi-       Quand arrive sur la broche d’entrée
des deux sorties ne change pas et,          que des deux sorties 11 et 4, comme          6 de IC1-C l’impulsion suivante de
par conséquent, nous retrouvons de          le montrent les figures 146 et 147.          niveau logique bas (0) en provenance



         CHARGE                                                              CHARGE
      CONDENSATEUR                                                        CONDENSATEUR




        IMPULSION                                                          IMPULSION
        DE DÉPART                                                          DE DÉPART




         BROCHE 4                                                           BROCHE 4
          DE IC1-C                                                           DE IC1-C



  Figure 148 : Si le condensateur inséré dans les douilles           Figure 149 : Si le condensateur inséré dans les douilles
  CX est de faible capacité, on obtiendra, sur la broche 4           CX est de capacité élevée, on obtiendra, sur la broche 4
  du FLIP-FLOP, une onde carrée restant au niveau logique            du FLIP-FLOP, une onde carrée restant au niveau logique
  haut (1) pendant une durée inférieure à celle du niveau            haut (1) pendant une durée supérieure à celle du niveau
  logique bas (0).                                                   logique bas (0).


                         ELECTRONIQUE et Loisirs magazine      88   Cours d’Electronique – Deuxième niveau
                                                            LE COURS

de l’étage oscillateur IC2-B/IC2-C, les
sor ties du FLIP-FLOP changent d’état
                                              IMPULSION
de 1-0 à 0-1 et, dans ces conditions, le       CAPACITÉ
                                                                                                                                40   60


condensateur peut de nouveau se char-          PARASITE                                             IC2-A
                                                                                                                           20             80




                                                                                                                                               10
                                                                                                                       0




                                                                                                                                                 0
                                                                                                8
ger pour ensuite se décharger quand                                                                         10   R16
                                              IMPULSION
les sorties du FLIP-FLOP passeront de        SUR BROCHE 9
                                                                                                9
0-1 à 1-0.                                       IC2-A
                                                                                                                 C11

                                               SIGNAL
En résumé, l’impulsion de niveau                 EN
logique bas (0) arrivant sur la bro-           SORTIE
che 6 du FLIP-FLOP est l’impulsion de
dépar t faisant se charger le conden-
sateur inséré dans les douilles CX.
Quand arrive aux bornes du conden-            Figure 150 : Si les impulsions de compensation appliquées sur la broche 9
                                              sont plus étroites que celles de la capacité parasite, l’aiguille du galvanomètre
sateur le niveau logique haut (1) de          indique toujours une valeur de tension positive égale à la différence entre
seuil demandé, nous retrouvons à la           les deux largeurs d’impulsions. Pour obtenir des impulsions d’une largeur
sor tie de l’inverseur un niveau logi-        exactement égale à celles produites par les capacités parasites, il faut tourner le
que bas (0) entrant par la broche             potentiomètre R14 jusqu’à ce que l’aiguille du multimètre se place exactement
13 du FLIP-FLOP et changeant les              sur le zéro de l’échelle.
niveaux logiques des sor ties 11-4
(figure 146 à gauche) : on obtient
ainsi la fonction d’arrêt.
                                              IMPULSION
Si la valeur du condensateur inséré            CAPACITÉ
                                                                                                                                40   60

                                               PARASITE                                                                                   80

                                                                                                    IC2-A
                                                                                                                           20


dans les douilles CX est de quelques




                                                                                                                                               10
                                                                                                                       0




                                                                                                                                                0
                                                                                                8           10   R16
picofarads, le condensateur se charge         IMPULSION
très rapidement et, par conséquent,          SUR BROCHE 9
                                                                                                9
                                                 IC2-A
sur la broche de sortie 4 du FLIP-FLOP                                                                           C11
nous retrouvons une onde carrée res-
                                               SIGNAL
tant au niveau logique haut (1) pen-             EN
dant une durée moindre par rapport au          SORTIE

niveau logique bas (figure 148).

Si la valeur du condensateur X est d’un       Figure 151 : Le NOR exclusif IC2-A, utilisé pour charger le condensateur de sortie
grand nombre de picofarads, le con-           C11, permet d’annuler les capacités parasites du circuit en appliquant sur la
densateur se charge plus lentement et,        broche 9 des impulsions aussi larges que celles produites par les capacités
par conséquent, sur la broche de sor-         parasites entrant par la broche 8. Si les impulsions de compensation appliquées
tie 4 du FLIP-FLOP nous retrouvons une        sur la broche 9 sont plus larges que celles de la capacité parasite, l’aiguille du
onde carrée restant au niveau logique         multimètre indique une valeur de tension positive égale à la différence entre les
haut (1) pendant une durée plus lon-          deux largeurs.
gue par rapport au niveau logique bas
(figure 149).

A travers la résistance R16, les ondes        IMPULSION
                                               CAPACITÉ
carrées sont appliquées au conden-             PARASITE
                                                                                                    IC2-A
                                                                                                                           20
                                                                                                                                40   60
                                                                                                                                          80
                                                                                                                                               10




                                                                                                                       0
                                                                                                                                                0




sateur électrolytique C11 pour obte-                                                            8           10   R16
nir une valeur de tension propor tion-        IMPULSION
                                             SUR BROCHE 9
nelle à la largeur des impulsions                IC2-A
                                                                                                9

que nous pourrons lire sur le multimè-                                                                           C11
tre. En pratique, si avec un conden-           SIGNAL
                                                 EN
sateur de 100 pF on obtient une                SORTIE
valeur de tension en mesure de faire
dévier l’aiguille du multimètre en fond
d’échelle, en insérant un condensa-
teur de 50 pF, on obtiendra une valeur        Figure 152 : Quand les impulsions entrant par les broches 8 et 9 du NOR
de tension faisant dévier l’aiguille jus-     exclusif IC2-A sont de mêmes largeurs, toutes les capacités parasites s’anulent
qu’à la moitié de l’échelle.                  automatiquement et, dans cette condition, l’aiguille du multimètre se place
                                              sur zéro. Avec l’aiguille sur le zéro, toute tension obtenue à la sortie du NOR
Cette solution pourrait être adoptée          exclusif IC2-A est celle fournie par le condensateur inséré en CX. Ainsi, vous
pour déterminer la valeur des conden-         pourrez mesurer avec une précision élévée même de faibles capacités (quelques
                                              picofarads).
sateurs de capacité élevée, mais pour
les condensateurs de faibles capaci-
tés cela ne convient pas, car des capa-
cités parasites, comme celles consti-       Si nous mesurons un condensateur de          Or, un capacimètre n’indiquant pas la
tuées par le circuit imprimé lui-même       22 pF, nous pourrons lire sur le multi-      valeur de capacité exacte n’est pas
et les connexions, pouvant atteindre        mètre 62 à 72 pF et si nous mesurons         digne d’être considéré comme un ins-
40 à 50 pF, engendreraient des erreurs      un condensateur de 100 pF, nous pour-        trument de mesure car, si on se fie à
significatives de mesure.                   rons lire 140 à 150 pF.                      sa lecture, on risque quelques soucis.


                         ELECTRONIQUE et Loisirs magazine      89   Cours d’Electronique – Deuxième niveau
                                                               LE COURS


                                                                        VCC   13   12    11    10   9    8              VCC   13   12    11    10   9    8

             M                                          B
                          A     K
      E              U                            E            C
                          DIODE
                                    A      K
          MC 78L05         LED                        BC 547            1     2    3     4     5    6   GND             1     2    3     4     5    6   GND




                                                                                        4070                                            4093


                         Figure 153 : Brochages des circuits intégrés 4070 et 4093 vus de dessus.
              Ceux du régulateur MC78L05 et du transistor BC547 sont vus de dessous, c’est-à-dire du côté fils.



                                                                                                                    Liste des composants
                                                                                                                           EN5033
                                                                                                              R1   1 MΩ 1 %
                                                                                                                    =
                                                                                                              R2   100 kΩ 1 %
                                                                                                                    =
                                                                                                              R3   10 kΩ 1 %
                                                                                                                    =
                                                                                                              R4   1 kΩ 1%
                                                                                                                    =
                                                                                                              R5   100 Ω 1 %
                                                                                                                    =
                                                                                                              R6   2,2 kΩ
                                                                                                                    =
                                                                                                              R7   820 Ω
                                                                                                                    =
                                                                                                              R8   1 MΩ
                                                                                                                    =
                                                                                                              R9   5 kΩ trimmer
                                                                                                                    =
                                                                                                              R10  8,2 kΩ
                                                                                                                    =
                                                                                                              R11  50 kΩ trimmer
                                                                                                                    =
                                                                                                              R12  68 kΩ
                                                                                                                    =
                                                                                                              R13  10 kΩ
                                                                                                                    =
                                                                                                              R14  100 kΩ pot. lin.
                                                                                                                    =
                                                                                                              R15  4,7 kΩ
                                                                                                                    =
                                                                                                              R16  22 kΩ (voir texte)
                                                                                                                    =
                                                                                                              C1   100 nF polyester
                                                                                                                    =
                                                                                                              C2   47 µF électrolytique
                                                                                                                    =
                                                                                                              C3   100 nF polyester
                                                                                                                    =
                                                                                                              C4   100 nF polyester
                                                                                                                    =
                                                                                                              C5   100 µF électrolytique
                                                                                                                    =
                                                                                                              C6   100 nF polyester
                                                                                                                    =
                                                                                                              C7   6,8 nF polyester
                                                                                                                    =
                                                                                                              C8   470 pF céramique
                                                                                                                    =
                                                                                                              C9   470 pF céramique
                                                                                                                    =
                                                                                                              C10  1,5 nF polyester
                                                                                                                    =
    Figure 154 : Photo d’un des prototypes de la platine capacimètre EN5033.                                  C11  22 µF électrolytique
                                                                                                                    =
    Les trimmers au centre du circuit imprimé servent à régler le capacimètre                                 DS1  Diode 1N4007
                                                                                                                    =
                  avec deux condensateurs échantillons calibrés.                                              DS2  Diode 1N4007
                                                                                                                    =
                                                                                                              DS3  Diode 1N4150
                                                                                                                    =
                                                                                                              DL1  LED rouge 5 mm
                                                                                                                    =
Pour pallier cet inconvénient, nous            parasite de manière à placer l’aiguille                        TR1  NPN BC547
                                                                                                                    =
avons inséré dans le circuit un oscilla-       du multimètre sur le zéro (figure 152).                        IC1  CMOS 4093
                                                                                                                    =
teur monostable, composé du NAND                                                                              IC2  CMOS 4070
                                                                                                                    =
IC1-D et du NOR exclusif IC2-D, piloté         Regardons la table de vérité d’un NOR                          IC3  Régulateur 78L05
                                                                                                                    =
en synchronisme avec l’oscillateur IC2-        exclusif avec ses quatre combinai-                             S1   Commutateur
                                                                                                                    =
B/IC2-C, ce qui nous permet de sous-           sons :                                                              2 voies 6 positions
traire toutes les capacités parasites                                                                         S2 = Interrupteur
simplement en tournant le potentiomè-            entrée          entrée          sortie
tre R14.                                        broche 8        broche 9       broche 10                      Toutes les résistances utilisées sont
                                                   0               0               0                          des 1/4 de watt.
Vous pouvez le voir sur le schéma élec-            0               1               1
trique, la broche de sortie 4 du FLIP-             1               0               1
FLOP IC1-C est reliée à la broche 8 du             1               1               0                         logique différent de celui apparaissant
NOR exclusif de sortie IC2-A et la bro-                                                                      sur la broche d’entrée 8. C’est seule-
che opposée 9 est reliée à la broche           Vous l’aurez noté, sur la broche de                           ment lorsque le niveau logique haut
10 de l’oscillateur monostable.                sor tie 10, nous trouvons toujours un                         1-1 ou bas 0-0 est présent sur les
                                               niveau logique haut (1), c’est-à-dire                         deux entrées que nous retrouvons en
Le NOR exclusif IC2-A nous permet              une tension positive, quand sur la bro-                       sortie un niveau logique bas (0), soit
de soustraire toute valeur de capacité         che d’entrée 9 se trouve un niveau                            zéro volt.

                         ELECTRONIQUE et Loisirs magazine          90   Cours d’Electronique – Deuxième niveau
                                                                                            LE COURS

         PRISE PILE                                           VERS MULTIMÈTRE




             S2
                             DL1


                        R7
                                     +                    -
                                              9 V.
                              A K

                              IC3
                        C4               C3                                   C11
             C5                                       C2

                                                    R10                             R15

                                              R9




                   S1                         R11
                                                                                    R14

                                                               C9
                                                                                    R16
                                                              C7                      C10                                     Figure 155b :
    R5                                        R12
    R4
                                                                         C8                              Dessin, à l’échelle 1, de la face “soudures” du circuit
                        C1                                                                               imprimé double face à trous métallisés du capacimètre
    R3
                                    IC1                                 IC2
                                                                                                         pour multimètre.
    R2
    R1                                                         R8
                                                     R6                 R13         C6
                  DS1
                                   TR1
                                                      DS2               DS3




                                               CX

                     Figure 155a :
Schéma d’implantation des composants du capacimètre.
Les broches du commutateur rotatif S1 et celles de
l’inverseur S2 sont à insérer dans les trous du circuit
imprimé comme le montre la figure 156.




                   R14                                                  S1

                                                   13 mm
         17 mm
                                                                                            S2                                  Figure 155c :
                                                                                                         Dessin, à l’échelle 1, de la face “composants” du circuit
                                                                                                         imprimé double face à trous métallisés du capacimètre
                                                                                                         pour multimètre.



                                                              K                                  Figure 156 : Pour fixer le corps du potentiomètre R14 à la
                                                                    A
             SOUDURE                                                                             platine, soudez sur son boîtier métallique un picot après l’avoir
                                                          CIRCUIT IMPRIMÉ                        enfoncé dans le trou correspondant du circuit imprimé.



                                   ELECTRONIQUE et Loisirs magazine                              91   Cours d’Electronique – Deuxième niveau
                                                     LE COURS

Ce NOR exclusif empêche que l’aiguille   (1). Grâce à la table de vérité, nous            kilohms = (µs : pF) x 1 000
du multimètre ne descende en des-        avons appris que lorsque sur les
sous de zéro volt quand on tourne le     entrées nous avons 1-0, en sor tie          Par conséquent pour faire dévier
potentiomètre R14 afin de soustraire     nous retrouvons un niveau logique           l’aiguille du multimètre en fond
la capacité parasite.                    haut (1) et ce niveau logique fait          d’échelle avec 100 pF - 1 000 pF -
                                         dévier l’aiguille du multimètre sur une     10 000 pF - 100 000 pF et 1 - 10 µF
                                         valeur de tension propor tionnelle au       nous avons dû utiliser les valeurs de
Un bon croquis vaut mieux…               temps pendant lequel la broche 8            résistances suivantes :
                                         reste au niveau logique haut (1).
Comme ce que nous venons de dire                                                         100 pF   = R1 1 000 kΩ ou 1 MΩ
pourrait ne pas avoir assez éclairé      Si nous tournons le potentiomètre R14         1 000 pF   = R2 100 kΩ
le fonctionnement du NOR exclusif        de manière à obtenir sur la broche           10 000 pF   = R3 10 kΩ
pour quelques-uns de nos lecteurs,       9 une impulsion d’une largeur exacte-       100 000 pF   = R4 1 kΩ
nous aurons donc recours à un des-       ment égale à celle présente sur la bro-           1 µF   = R5 0,1 kΩ ou 100 Ω
sin. La figure 150 montre la forme       che 8 (figure 152), quand les deux se
d’onde des impulsions produites par      trouvent au niveau logique haut (1),        C’est seulement pour la dernière por-
une capacité parasite entrant par la     en sortie nous avons un niveau logi-        tée, celle des 10 µF, qu’au lieu d’utili-
broche 8 de IC2-A et celles que nous     que bas (0) et quand les deux passent       ser une résistance de précision de 10
appliquerons sur la broche 9 pour        au niveau logique bas (0), de nouveau       ohms nous avons préféré utiliser la R5
l’annuler. Etant donné que l’impul-      nous retrouvons en sortie un niveau         de 100 ohms et augmenter le temps
sion sur la broche 8 est plus large      logique bas (0), c’est-à-dire aucune        de l’étage oscillateur IC2-B/IC2-C au
que celle présente sur la broche 9,      tension et par conséquent l’aiguille        moyen de la résistance R12 et du trim-
quand cette dernière prend le niveau     du multimètre se place exactement           mer R11. Pour alimenter les quatre
logique bas (0), sur la broche 8 se      sur le zéro de l’échelle de mesure.         NAND présents à l’intérieur du 4093
trouve encore un niveau logique haut     Comme nous avons totalement annulé          et les quatre NOR exclusifs présents
                                                             la tension fournie      à l’intérieur du 4070, nous avons uti-
                                                             par les capacités       lisé une pile de 9 V type 6F22. Afin
                                                             parasites, la ten-      d’éviter que la pile en se déchargeant
                                                             sion      qu’ensuite    n’influence la précision de la mesure,
                                                             nous lirons sera        cette tension est stabilisée à 5 V par
                                                             celle, et seulement     le régulateur 78L05.
                                                             celle, fournie par
                                                             le condensateur à       Pour finir, sachez que les deux diodes
                                                             mesurer.                au silicium DS1 et DS2 appliquées
                                                                                     à l’entrée ser vent à protéger l’inver-
                                                                                     seur IC1-A dans le cas où on insè-
                                                             Le schéma               rerait par mégarde dans les douilles
                                                             électrique              CX un condensateur chargé. Afin de
                                                                                     ne pas endommager cet inverseur il
                                                             Maintenant       que    est toutefois vivement conseillé, avant
                                                             nous vous avons         toute insertion d’un condensateur à
                                                             révélé tous ces         mesurer, de veiller à le décharger en
                                                             secrets, il reste       court-circuitant ses pattes à l’aide
                                                             bien peu de choses      d’un tournevis.
                                                             à dire du schéma
                                                             électrique ! Le com-
                                                             mutateur S1-A à         La réalisation pratique
                                                             6 positions permet
                                                             de connecter, sur       Quand vous aurez réalisé ou vous
                                                             les douilles CX, la     vous serez procuré le circuit imprimé
                                                             tension positive de     (figures 155b et c) et tous les compo-
                                                             5 V fournie par le      sants de la liste, y compris les résis-
                                                             régulateur IC3, en      tances de précision et les deux con-
                                                             utilisant cinq diffé-   densateurs calibrés pour le réglage,
                                                             rentes valeurs de       vous pourrez insérer les composants.
                                                             résistances de pré-     Commencez par les deux supports de
                                                             cision.                 circuits intégrés. Poursuivez avec les
                                                                                     résistances.
                                                             Comme nous vou-
                                                             lions que la capa-      Très important : Avant d’insérer la R16,
                                                             cité maximale à         vérifiez que le multimètre à aiguille ou
                                                             mesurer puisse se       numérique que vous utiliserez avec le
                                                             charger en 100 µs,      capacimètre possède bien une portée
                                                             nous avons calculé      de 100 ou 300 µA CC. Si la portée
           Figure 157 : Montage dans le boîtier.             la valeur des résis-    disponible est de 100 µA, vous devrez
 Le circuit imprimé sera fixé à l’intérieur du boîtier
                                                             tances en kilohms       insérer une R16 de 22 kilohms. Si la
 plastique à l’aide de 4 vis autotaraudeuses. Dans le
 logement du haut, placez la pile 6F22 de 9 volts.           en utilisant cette      portée est de 300 µA, insérez une R16
                                                             formule :               de 5,6 kilohms.


                       ELECTRONIQUE et Loisirs magazine    92   Cours d’Electronique – Deuxième niveau
                                                                                  LE COURS




                                                       ER




                                                                                    RO
                                                     ST
                     er




                                                                                   ZE
                                                 TE
                   et
                cim




                                                                                              CX
                                                                10
                                                                     F
              pa




                                                          F
                                                       1
                                                  nF
            Ca




                                    ER




                                                                              E
                                                 0
                                             10




                                                                          NG
                                W




                                                                         RA
                                          nF F
                               PO



                                         1 0n
                                            1

                                                0
                                              pF
                                             10




 Figure 158 : Avant de visser les douilles en face avant au moyen des deux écrous
 plats, prenez la précaution d’enfiler derrière celles-ci les rondelles épaisses en
 plastique. A défaut, les deux pôles de l’entrée ou ceux de la sortie pourraient être
 court-circuités à la masse.


Si vous utilisez un multimètre numéri-                        son bouton il ne bouge, soudez-le
que, vous devrez insérer la R16 de 22                         au circuit imprimé par l’intermédiaire
kilohms et utiliser la portée de 200 µA                       d’un picot que vous aurez préala-
CC fond d’échelle.                                            blement inséré et soudé dans le
                                                              trou ménagé à cet ef fet à proximité
Après les résistances, vous pouvez                            (figure 156). Bien sûr, avant d’insé-
monter les diodes au silicium en orien-                       rer le commutateur et le potentiomè-
tant bien leurs bagues comme le mon-                          tre, n’oubliez pas de raccourcir leurs
tre la figure 155. La diode DS1, en                           axes.
plastique, aura sa bague blanche tour-
née vers C1. DS2, en plastique aussi,                         En haut à gauche, soudez les broches
aura sa bague blanche tournée vers                            de l’interrupteur S2 en tenant son boî-
DS1. DS3, en verre, aura sa bague                             tier légèrement à distance du circuit
noire tournée vers C6.                                        imprimé afin que son levier puisse
                                                              dépasser de la face avant (ce sera plus
Vous pouvez maintenant vous consa-                            pratique à utiliser !). A la droite de l’in-
crer aux condensateurs en respectant                          verseur, insérez la LED en enfilant sa
bien la polarité +/– des électrolyti-                         patte la plus longue (l’anode) dans le
ques.                                                         trou marqué “A” (figure 155). Pour ter-
                                                              miner le montage, il ne vous reste plus
Insérez les trimmers R9 et R11 : vous                         qu’à insérer et souder la prise de la
n’aurez aucune difficulté pour les dis-                       pile. Vous pouvez alors introduire les
tinguer car R9 est marqué 502 et R11                          deux circuits intégrés dans leurs sup-
503. Sans avoir besoin de vous repor-                         por ts en prenant bien soin d’orienter
ter à la leçon sur les condensateurs,                         leur repère-détrompeur dans le bon
vous aurez compris que 502 signifie                           sens, donc, vers la gauche.
50 + 2 zéros, soit 5000 Ω donc 5 kΩ.
Il en est de même pour 503 : 50 + 3                           Enfin, soudez de courts morceaux de fil
zéros, soit 50000 Ω donc 50 kΩ.                               sur les bornes reliant le circuit imprimé
                                                              aux douilles CX et à celles allant au
Montez ensuite le régulateur IC3                              multimètre. Quand vous fixerez ces
78L05, entre C4 et C3, méplat tourné                          douilles sur le couvercle du boîtier,
vers la LED DL1. Insérez ensuite le                           n’oubliez pas d’enfiler par derrière les
transistor TR1, méplat tourné vers les                        rondelles plastiques isolantes avant de
sorties CX.                                                   visser les deux paires d’écrous plats
                                                              (figure 158).
A gauche du circuit imprimé, insérez
les broches du commutateur rotatif                            Le montage est maintenant terminé,
S2 et à droite le potentiomètre R14.                          mais, avant de fermer le boîtier, vous
Etant donné que le boîtier du poten-                          devez régler les deux trimmers R9 et
tiomètre doit être bien fixé au circuit                       R11 comme cela vous est expliqué
imprimé, afin d’éviter qu’en tournant                         dans les paragraphes suivants.


                        ELECTRONIQUE et Loisirs magazine                                 93   Cours d’Electronique – Deuxième niveau
                                                          LE COURS

                                              l’aiguille du multimètre sur 0 exacte-      Par conséquent, pour ne pas risquer de
                                              ment (figure 152).                          surchauffer un condensateur à mesu-
                                                                                          rer, ce qui fausserait la mesure, il vaut
                                              Quand cette condition est obtenue,          mieux ne pas le tenir à la main mais
                                              insérez un condensateur calibré de          plutôt se servir de pinces crocodiles et
                                DIODE         80 pF environ dans les douilles d’en-       de fiches bananes.
                               VARICAP        trée CX : sa capacité exacte est indi-
                                              quée dessus. Sans tenir serré ce con-       Si par exemple, vous insérez un
                                              densateur calibré entre vos doigts afin     condensateur céramique de 220 pF,
                                  A
                                              de ne pas l’échauffer, tournez le trim-     lequel, à cause de sa tolérance, pour-
                                              mer R9 jusqu’à lire sa valeur sur le        rait bien faire 226 pF, vous verrez
                                              multimètre. Si le condensateur calibré      qu’en l’échauffant, sa capacité aug-
                                  K
                                              est de 80 pF, mettez l’aiguille sur 80      mente jusqu’à 300 pF, alors que si
                                              en réglant le trimmer. Même chose           vous le refroidissez, il recouvrera sa
                                              si le condensateur fait 86 pF ou une        capacité initiale.
                                              autre valeur approchante inscrite des-
                                              sus.                                        A titre d’information, sachez qu’il existe
                                                                                          des condensateurs à coefficient de
                                              Prenez maintenant un condensateur           température négatif : leur capacité dimi-
                                              polyester calibré de 1 µF et insérez-le     nue quand on les échauffe. D’autres
 Figure 159 : Ce capacimètre vous
 permettra également de connaître la          dans les douilles CX. Réglez S2 sur la      sont totalement insensibles à la varia-
 capacité maximum d’une diode va-             portée 10 µF fond d’échelle puis réglez     tion de la température (par exemple,
 ricap. Pour cela, insérez la patte K         le trimmer R11 jusqu’à lire “10” sur le     les céramiques NP0 utilisés en HF pour
 (côté bague) dans la douille “+”.            multimètre, ce qui correspond à 1 µF        éviter la dérive des oscillateurs).
                                              sur une échelle graduée de 0 à 100.
                                                                                          Rappelons qu’avant d’insérer un con-
Le réglage du capacimètre                     Si vous disposez d’un multimètre            densateur de capacité élevée, un élec-
                                              numérique, le réglage sera encore plus      trolytique par exemple, il vaut mieux
Pour régler cet appareil, vous devez          facile car la valeur exacte du condensa-    prendre la précaution de court-circuiter
relier les cordons de mesure du multi-        teur calibré apparaîtra sur l’afficheur.    ses pattes à l’aide d’un tournevis pour
mètre aux douilles de sortie du capaci-                                                   le décharger, afin de ne pas endomma-
mètre en respectant la polarité : le cor-                                                 ger le circuit intégré inverseur IC1-A. La
don positif (rouge) à la douille “+”. Si le   Pour conclure                               patte positive d’un condensateur élec-
multimètre est à aiguille, réglez-le sur                                                  trolytique sera toujours insérée dans la
la portée 100 µA CC ou 300 µA mais            Ce capacimètre simple vous permet-          douille “+” rouge.
seulement si vous avez inséré une R16         tra, non seulement de trouver la valeur
de 5,6 kilohms. Sinon, l’aiguille déviera     de capacité de n’importe quel conden-       Petite information : Si vous ne dispo-
au maximum d’un tiers d’échelle. Si           sateur mal identifié par son marquage       sez pas d’un multimètre à affecter de
vous avez un multimètre numérique,            jusqu’à un maximum de 10 µF, mais           temps à autre à ce capacimètre, pas
réglez-le sur la portée 200 µA CC et          encore, de connaître la capacité maxi-      d’inquiétude : vous pouvez le remplacer
maintenez, pour R16, 22 kilohms.              male d’une diode varicap. Pour mesu-        par un galvanomètre de 100 µA fond
                                              rer une de ces diodes vous devrez insé-     d’échelle.
Pour la lecture de la capacité, vous          rer la patte “K” dans la douille + de                                            N
devrez utiliser l’échelle graduée de 0        l’entrée CX, comme le montre la figure
à 100. Pour la portée des 100 pF              159. En effet, si vous insérez cette
fond d’échelle, vous lirez directement        diode en sens inverse, l’aiguille du mul-
la valeur en picofarad. Pour celle des        timètre ira au fond de l’échelle.
1 000 pF, vous devrez ajouter un zéro
(0) à la valeur lue. Pour la portée           Cet instrument de mesure vous per-
des 10 000 pF, vous devrez ajouter            mettra aussi d’évaluer la tolérance des
deux zéros (00). Pour la portée des           condensateurs dont le marquage n’est
100 000 pF, vous devrez ajouter trois         pas effacé ou impossible à décoder.
zéros (000) pour exprimer la capacité         Il vous indiquera, en outre, comment
en pF et aucun 0 pour l’exprimer en           varie la capacité en fonction de la tem-
nF. Pour la portée 1 µF fond d’échelle,       pérature.
vous devrez ôter deux zéros (00). Enfin,
pour la portée 10 µF fond d’échelle,          Prenez, par exemple, un condensa-
vous devrez ôter un seul zéro (0).            teur céramique et insérez-le dans les
                                              douilles d’entrée CX, puis échauffez-le
Ceci dit, en plaçant le commutateur           avec la pointe d’un fer à souder et
S2 sur la portée 100 pF vous verrez           vous verrez immédiatement sa capa-
tout de suite que l’aiguille indique une      cité varier.
valeur de courant, même si vous n’avez
pas encore inséré de condensateur à
mesurer. Cette valeur de courant n’est
autre que l’effet de la capacité parasite
que vous devez annuler en tournant
le potentiomètre R14 jusqu’à placer

                          ELECTRONIQUE et Loisirs magazine       94   Cours d’Electronique – Deuxième niveau
NOTES
          -1
                                                         LE COURS

        32
     N 2
       N°
  ÇO AU
LE IVE
N




                                                 Apprendre
              l’électronique
                            en partant de zéro
                                Les amplificateurs opérationnels
                                       Schémathèque commentée
                                                 (1)

                Après avoir appris comment fonctionne un amplificateur opérationnel et à quoi servent les
                broches d’entrée signalées par les symboles “+” et “–”, nous vous proposons, dans cette
                nouvelle leçon, toute une série de schémas électriques commentés. Ces schémas pourront, bien
                entendu, vous servir à réaliser des montages simples, mais ils vous seront surtout utiles pour
                bien assimiler le fonctionnement de ce type de circuits intégrés.


               i vous avez besoin du schéma
               d’un préamplificateur utilisant
               soit l’entrée non-inverseuse,
               soit l’entrée inverseuse, vous
               le trouverez ici, ainsi que la
    formule qui sert à calculer son gain et
    les modifications qui doivent être appor-
    tées au circuit pour pouvoir être alimenté
    avec une tension unique.

    Nous vous proposons, ensuite, des
    schémas électriques de “mixer”, “trig-
    ger de Schmitt”, générateurs de cou-
    rant constant, oscillateurs en dents de
    scie ou sinusoïdales, sans oublier les
    redresseurs idéaux pour signaux BF.


    Les schémas électriques
    de circuits à ampli op

    Avant de vous présenter les circuits
    utilisant des amplificateurs opération-
    nels, il faut tout d’abord commencer
    par énoncer quelques indications con-
    cernant les dessins que vous trouve-
    rez dans cette leçon.

    Dans tous les schémas utilisant un
    seul opérationnel, on a indiqué sur cha-
    que broche le numéro correspondant
    au brochage de la figure 160a. L’ampli-
    ficateur opérationnel se nommera IC1.

                             ELECTRONIQUE et Loisirs magazine   96   Cours d’Electronique – Deuxième niveau
                                                           LE COURS

                                              référence une tension de 12 + 12             Préamplificateur BF utilisant
              8   +V   6   5
                                              volts, mais vous pourrez la réduire jus-     l’entrée non-inverseuse
                                              qu’à 9 + 9 volts ou bien l’augmenter
                                              jusqu’à une valeur maximale de 18 +          Sur la figure 161, vous pouvez voir le
                                              18 volts.                                    schéma électrique d’un étage préam-
                                                                                           plificateur BF alimenté par une ten-
              1   2    3   -V
                                              Dans les circuits alimentés par une ten-     sion double utilisant l’entrée non-inver-
                                              sion unique, nous avons pris comme           seuse “+”.
  Figure 160a : Brochages d’un circuit        référence une tension de 15 volts,
  intégré contenant un seul amplifica-        mais vous pourrez la réduire jusqu’à 9       Comme vous avez pu l’apprendre,
  teur opérationnel, vu du dessus.            volts ou bien l’augmenter jusqu’à une        grâce à la leçon précédente, le gain de
                                              valeur maximale de 30 volts.                 cet étage se calcule avec la formule :
             +V   7    6   5
                                              Dans beaucoup de formules, la capacité                    gain = (R3 : R2) + 1
                                              des condensateurs doit être exprimée en
                                              nanofarads (nF), donc, si vous avez une      Pour la résistance R3, on peut choisir
                                              capacité exprimée en picofarads (pF) et      n’importe quelle valeur comprise entre
              1   2    3   -V
                                              que vous voulez la convertir en nanofa-      22 000 ohms et 1 mégohm.
                                              rads, vous devez la diviser par 1 000.
  Figure 160b : Brochages d’un cir-                                                        Une fois choisie la valeur ohmique de
  cuit intégré contenant deux amplifi-        Par exemple, un condensateur de              R3, on peut trouver la valeur de R2 en
  cateurs opérationnels, vu du dessus.        82 000 picofarads équivaut à                 fonction du gain que l’on souhaite obte-
                                                                                           nir en utilisant cette formule :
                                                82 000 : 1 000 = 82 nanofarads
Dans tous les schémas utilisant deux                                                             valeur de R2 = R3 : (gain – 1)
opérationnels, on a indiqué sur chaque        Evidemment, pour reconvertir une
broche le numéro correspondant au             valeur de nanofarad en picofarad, vous       Si l’on choisit pour R3 une résistance
brochage de la figure 160b. Le premier        devrez la multiplier par 1 000 :             de 120 000 ohms et que l’on veut
amplificateur opérationnel se nommera                                                      amplifier environ 10 fois le signal, on
IC1-A, le second, IC1-B.                        82 x 1 000 = 82 000 picofarads             devra utiliser pour R2 une résistance
                                                                                           d’une valeur de :
Même si l’on a indiqué dans tous les          Il en va de même pour les valeurs des
schémas électriques le symbole de             résistances qui doivent être exprimées           120 000 : (10 – 1) = 13 333 ohms
l’entrée non-inverseuse “+” en haut et        en kilohm. C’est pourquoi, si vous avez
le symbole de l’entrée inverseuse “–”         une valeur exprimée en ohm (Ω) et            Comme cette valeur n’est pas une
en bas, ne prenez surtout pas cela            que vous voulez la convertir en kilohm       valeur standard, on choisira la valeur
pour une règle impérative car, pour ren-      (kΩ), vous devrez la diviser par 1 000.      la plus proche, c’est-à-dire 12 000 ou
dre le dessin plus clair et accessible,       Par exemple, une résistance de 2 200         15 000 ohms.
vous pourrez trouver, dans certains           ohms équivaut à :
schémas électriques, les entrées pla-                                                      Si l’on choisit une valeur de 12 000
cées en sens inverse, c’est-à-dire l’en-          2 200 : 1 000 = 2,2 kilohms              ohms pour R2, on obtiendra un gain de :
trée inverseuse en haut et l’entrée non-
inverseuse en bas.                            Evidemment, pour reconvertir une                  (120 000 : 12 000) + 1 = 11 fois
                                              valeur de kilohm en ohm, vous devrez
Regardez, par exemple, les schémas            la multiplier par 1 000 :                    Si l’on choisit une valeur de 15 000
électriques des figures 132 et 136                                                         ohms pour R2, on obtiendra un gain de :
de la leçon 31-3 qui ont les entrées               2,2 x 1 000 = 2 200 ohms
inversées.                                                                                      (120 000 : 15 000) + 1 = 9 fois
                                              Après cette indispensable introduction,
Dans les circuits alimentés par une ten-      passons maintenant à la description          Le condensateur C2 relié en parallèle à
sion double, nous avons pris comme            de nos schémas électriques.                  la résistance R3 empêche l’opérationnel


                                                                                                     12 V

                                                                                         IC1                C3
                                                                               C1                7
                                                                                           3                          0V
                                Gain = ( R3 : R2 ) + 1                                                      6

                                R2 = R3 : ( Gain – 1 )
                                                                                           2
                                                                                                 4               R3        C2
                                R3 = R2 x ( Gain + 1 )
                                                                                                            C4
                                                                          ENTRÉE    R1                                      SORTIE
                                           159 000
                                C2 pF =
                                          R3 kΩ x 30 kHz                                  R2




                                                                                                     12 V

   R1 = 100 000 ohms (100 kΩ) C1 = 10 microfarads électrolytique (10 µF) C3 et C4 = 100 000 pF céramique (100 nF)
    Figure 161 : Schéma électrique du préamplificateur HF avec entrée non-inverseuse, alimenté par une tension double.



                            ELECTRONIQUE et Loisirs magazine    97   Cours d’Electronique – Deuxième niveau
                                                          LE COURS

                                                                                                                           15 V

                                                                                                  IC1            C5
                                                                               C1                        7
                                                                                                    3                       7,5 V C6
                          Gain = ( R3 : R2 ) + 1                                                                 6

                          R2 = R3 : ( Gain – 1 )
                                                                                   R1     R4        2                 R3          C2
                                                                                                         4
                          R3 = R2 x ( Gain + 1 )                                          7,5 V
                                                                          ENTRÉE                                                   SORTIE
                                     159 000
                          C2 pF =                                                                  R2
                                    R3 kΩ x 30 kHz                             C3         R5
                                                                                                    C4




                    R1 = 100 000 ohms (100 kΩ)             C1 et C3 = 10 microfarads électrolytique (10 µF)
                    R4 et R5 =10 000 ohms (10 kΩ)          C5 = 100 000 pF céramique (100 nF)

     Figure 162 : Schéma électrique du préamplificateur HF avec entrée non-inverseuse, alimenté par une tension unique.


d’amplifier des fréquences ultrasoni-       et R5 et la masse, un condensateur                 on devra alors utiliser pour C4 un con-
ques au-delà des 30 kilohertz que notre     électrolytique d’une capacité comprise             densateur électrolytique de :
oreille ne réussirait pas à entendre.       entre 10 et 47 microfarads (voir C3).
                                                                                                  159 : (12 x 20) = 0,66 microfarad
On calcule la capacité en picofarads de     Bien que l’opérationnel soit alimenté par
ce condensateur avec la formule :           une tension unique, en fait, c’est exacte-         Comme cette valeur n’est pas une
                                            ment comme s’il était alimenté par une             valeur standard, on utilise une capacité
            C2 en pF =                      tension double diminuée de moitié.                 supérieure, c’est-à-dire 1 microfarad.
  159 000 : (R3 kilohm x 30 kHz)
                                            Si on choisit une tension de 15 volts,             Pour connaître la fréquence minimale
Si, par exemple, la valeur de la résis-     c’est exactement comme si cet opération-           que l’on peut amplifier sans aucune atté-
tance R3 était de 120 000 ohms, qui         nel était alimenté par une tension de 7,5          nuation, on peut utiliser la formule :
équivalent à 120 kilohms et sachant         + 7,5 volts, car la masse de référence se
que la fréquence maximale que l’on          réfère aux 7,5 volts qui se trouvent sur la                         hertz =
doit amplifier ne doit pas dépasser les     jonction des résistances R4 et R5.                    159 : (R2 kilohm x C4 microfarad)
30 kHz, on devra choisir pour C2 un
condensateur de :                           Si on alimente le circuit avec une ten-            Pour notre exemple, on obtiendra :
                                            sion unique et que l’on mesure la ten-
159 000 : (120 x 30) = 44 picofarads        sion qui se trouve entre la broche                      159 : (12 x 1) = 13,25 hertz
                                            de sortie et la véritable masse du cir-
Comme cette valeur n’est pas standard,      cuit, on retrouvera une tension positive           Le gain du schéma de la figure 162 se
on pourra utiliser 39 ou 47 picofarads.     égale à la valeur présente sur le par-             calcule également avec la formule :
                                            titeur de résistance R4 et R5, c’est-à-
En outre, pour éviter que l’opérationnel    dire 7,5 volts.                                                  gain = (R3 : R2) + 1
entre en auto-oscillation ou génère des
perturbations, il est indispensable de      Pour éviter que cette tension puisse               Pour calculer la capacité du condensa-
relier, sur les deux broches d’alimenta-    entrer sur l’entrée de l’étage préampli-           teur C2 relié en parallèle à la résis-
tion, un condensateur de 47 000 pF ou       ficateur successif, on devra relier à la           tance R3, indispensable pour empêcher
bien de 100 000 pF (voir C3 et C4), et      sortie de cet étage un condensateur                que l’opération n’amplifie les fréquences
de relier les broches opposées sur la       électrolytique (voir C6) qui permettra de          ultra-soniques, on utilisera la formule :
piste de masse la plus proche.              laisser passer seulement le signal BF.
                                                                                                             C2 en pF =
Sur un étage alimenté par une tension       Le condensateur électrolytique C4 et la               159 000 : (R3 : kilohm x 30 kHz)
double, on retrouve une tension de 0 volt   résistance R2, reliés à la broche inver-
entre la broche de sortie et la masse.      seuse, forment un filtre passe-haut                Pour éviter que l’opérationnel n’auto-
                                            qui empêche l’opérationnel d’amplifier             oscille ou ne génère des perturba-
Sur la figure 162, vous pouvez voir le      d’éventuelles tensions continues, sans             tions, on devra relier un condensateur
même étage préamplificateur, mais ali-      pour autant atténuer les fréquences                céramique ou polyester de 47 000 ou
menté par une tension unique.               des super-basses.                                  100 000 pF (voir C5) à côté de la bro-
                                                                                               che positive d’alimentation et de la bro-
Comme vous pouvez le remarquer,             On calcule la capacité du condensateur             che reliée à masse.
la résistance d’entrée R1 n’est plus        C4 en microfarad en prenant comme
reliée à masse, mais à un pont com-         référence une fréquence minimale de
posé de deux résistances de valeur          20 hertz :                                         Préamplificateur BF
identique (voir R4 et R5 de 10 000                                                             utilisant l’entrée inverseuse
ohms), qui diminue de moitié la valeur                   C4 microfarad =
de la tension d’alimentation.                      159 : (R2 kilohm x 20 hertz)                Sur la figure 163, on peut observer le
                                                                                               schéma d’un étage préamplificateur ali-
Pour maintenir cette tension stable, on     Si la résistance R2 était de 12 000                menté par une tension double utilisant
devra insérer entre la jonction de R4       ohms, ce qui équivaut à 12 kilohms,                l’entrée inverseuse “–”.

                         ELECTRONIQUE et Loisirs magazine       98   Cours d’Electronique – Deuxième niveau
                                                           LE COURS

On calcule le gain de cet étage avec la        Avec une capacité de 56 pF, on peut          on devra appliquer sur la sortie un con-
formule suivante :                             amplifier un signal BF jusqu’à une           densateur électrolytique (voir C5) qui
                                               limite maximale de :                         permettra de laisser passer seulement
             gain = R2 : R1                                                                 le signal de BF et pas la tension conti-
                                                 159 000 : (82 x 56) = 34,6 kHz             nue.
Comme la valeur de R2 n’est pas critique,
il suffit en fait de choisir une valeur com-   Avec une capacité de 68 pF, on peut          On calcule le gain de ce schéma égale-
prise entre 22 000 ohms et 1 mégohm.           amplifier un signal BF jusqu’à une           ment avec la formule :
On peut calculer la valeur de R1 en fonc-      limite maximale de :
tion du gain que l’on souhaite obtenir, en                                                                        gain = R2 : R1
utilisant cette simple formule :                 159 000 : (82 x 68) = 28,5 kHz
                                                                                            On calcule la capacité du condensateur
       valeur de R1 = R2 : gain                Si on alimente cet étage avec une ten-       C2, relié en parallèle à la résistance
                                               sion double entre la broche de sortie        R2, avec la même formule que celle
Si l’on choisit pour R2 une résistance         et la masse, on retrouve une tension         utilisée pour la tension double :
de 82 000 ohms voulant amplifier le            de 0 volt.
signal 12 fois environ, pour R1, on                                                                        C2 en pF =
devra utiliser une résistance d’une            Sur la figure 164, vous pouvez observer           159 000 : (R2 kilohm x 30 kHz)
valeur de :                                    le même étage préamplificateur, mais
                                               alimenté par une tension unique.
      82000 : 12 = 6 833 ohms                                                               Mélangeur de signaux BF
                                               Comme vous pouvez le remarquer, la
Comme cette valeur n’est pas une               broche d’entrée “+” n’est plus reliée        On utilise un étage mélangeur quand
valeur standard, on pourra utiliser une        à masse comme sur la figure 163,             se présente la nécessité de devoir
résistance de 6 800 ohms.                      mais au pont composé de deux résis-          mélanger deux ou plusieurs signaux BF
                                               tances de même valeur (voir R3 et R4         provenant de sources différentes. Par
La capacité du condensateur C2 peut être       de 10 000 ohms) qui nous ser vent à          exemple, le signal prélevé sur un micro-
calculée en utilisant toujours la formule :    diminuer de moitié la valeur de la ten-      phone avec celui d’un tourne-disque,
                                               sion d’alimentation.                         d’une radiocassette, etc.
             C2 en pF =
   159 000 : (R2 kilohm x 30 kHz)              Pour maintenir cette tension stable, on      Sur la figure 165, on peut voir le
                                               devra insérer entre la jonction de R4        schéma d’un étage mélangeur ali-
Donc, après avoir converti les 82 000          et R5 et la masse un condensateur            menté par une tension double utilisant
ohms en kilohms, on peut calculer la           électrolytique d’une capacité comprise       l’entrée inverseuse “–”.
valeur de C2 :                                 entre 10 et 47 microfarads (voir C3).
                                                                                            Pour déterminer le gain, on utilise la
159 000 : (82 x 30) = 64 picofarads            Bien que l’opérationnel soit alimenté        formule :
                                               par une tension unique, en fait c’est
Comme cette valeur n’est pas une               comme s’il était alimenté par une ten-                             gain = R2 : R1
valeur standard, on pourra utiliser 56         sion double diminuée de moitié.
ou 68 picofarads.                                                                           La valeur de la résistance R1 doit être
                                               Si on alimente le circuit avec une ten-      au moins 10 fois supérieure à celle
Pour connaître quelle fréquence maxi-          sion unique, on retrouvera une tension       des potentiomètres R3. C’est pour
male on peut amplifier sans aucune             positive entre la broche de sortie et la     cela que si ceux-ci ont une valeur de
atténuation en utilisant un condensa-          masse, égale à la valeur qui se trouve       1 000 ohms, on pourra choisir pour R1
teur de 56 pF ou bien de 68 pF, on uti-        sur le partiteur de résistance R3 et R4,     des valeurs égales ou supérieures à
lisera cette formule :                         c’est-à-dire 7,5 volts.                      10 000 ohms.

               kHz =                           Pour éviter que cette tension puisse         Une fois la valeur de R1 choisie, on
   159 000 : (R2 kilohm x C2 pF)               entrer sur l’entrée de l’étage suivant,      peut calculer la valeur de la résistance


                                                                                                      12 V

                                                                                           IC1               C3
                                                                                                  7
                                                                                             3                          0V
                              Gain = R2 : R1                                     C1                          6
                                                                                      R1
                              R1 = R2 : Gain                                                 2
                                                                                                  4                R2        C2
                              R2 = R1 x Gain                                                                 C4

                                            159 000                         ENTRÉE                                            SORTIE
                              C2 pF =
                                         R2 kΩ x 30 kHz


                                                                                                      12 V

                    C1 = 10 microfarads électrolytique (10 µF)     C3 et C4 = 100 000 pF céramique (100 nF)

        Figure 163 : Schéma électrique du préamplificateur HF avec entrée inverseuse alimenté par une tension double.



                           ELECTRONIQUE et Loisirs magazine      99   Cours d’Electronique – Deuxième niveau
                                                                  LE COURS

                                                                                             C1   R1
                                                                                                                        12 V
                                                                             ENTRÉE 1
                                                                                        R3                   IC1               C3
                                                                                                                   7
                                                                                                               3                         0V
            Gain = R2 : R1
                                                                                             C1                                6
                                                                                                  R1
            R1 = R2 : Gain                                                   ENTRÉE 2
                                                                                        R3                     2
            R2 = R1 x Gain                                                                                         4                R2        C2
                                                                                                                               C4
                            159 000                                                                                                            SORTIE
            C2 pF =                                                                          C1
                         R2 kΩ x 30 kHz                                                           R1
                                                                             ENTRÉE 3
                                                                                        R3

                                                                                                                        12 V

                                                 15 V

                   R3      IC1        C4
                                  7
                             3                    7,5 V C5
            C1                        6                                                                 Gain = R2 : R1
                 R1

                             2
                                                                                                        R1 = R2 : Gain
                                            R2          C2
                                  4
                                                                                                        R2 = R1 x Gain
                 7,5 V
       ENTRÉE                                            SORTIE                                                       159 000
                                                                                                        C2 pF =
                                                                                                                   R2 kΩ x 30 kHz
                  R4         C3




   R3 et R4 = 10 000 ohms (10 kΩ)                                                 R3 = 10 000 ohms pot. log. (10 kΩ)
   C1, C3 et C5 = 10 microfarads électrolytique (10 µF)                           C1 = 10 microfarads électrolytiques (10 µF)
   C4 = 100 000 pF céramique (100 nF)                                             C3 et C4 = 100 000 pF céramique (100 nF)
                                                                            Figure 165 : Schéma électrique d’un mélangeur (mixer)
  Figure 164 : Schéma électrique du préamplificateur                        HF alimenté par une tension double. Dans ce circuit, les
  HF avec entrée inverseuse alimenté par une tension                        broches “+” des condensateurs C1 doivent être dirigées
  unique.                                                                   vers les potentiomètres R3.


R2 en fonction du gain en utilisant              ultrasoniques que l’oreille humaine ne                figure 165, mais au partiteur de résis-
cette simple formule :                           pourra pas percevoir.                                 tance composé de deux résistances
                                                                                                       de valeur identique (voir R4 et R5 de
      valeur de R2 = R1 x gain                   On connaît déjà la formule qui ser t à                10 000 ohms).
                                                 calculer la capacité de C2 en picofa-
Donc, si l’on a choisi pour les trois R1         rads, c’est-à-dire :                                  Bien que l’opérationnel soit alimenté
une valeur de 22 000 ohms et que l’on                                                                  par une tension unique de 15 volts,
souhaite que notre mixer ait un gain de                       C2 en pF =                               en fait, c’est comme s’il était ali-
4 fois environ, on devra utiliser pour R2           159 000 : (R2 kilohm x 30 kHz)                     menté par une tension double de 7,5
une résistance de :                                                                                    + 7,5 volts, car la masse de réfé-
                                                 Donc, avec une R2 de 100 000 ohms,                    rence se trouve sur la jonction des
      2 000 x 4 = 88 000 ohms                    qui équivalent à 100 kilohms, la valeur               deux résistances R4 et R5, c’est-à-
                                                 de C2 sera de :                                       dire 7,5 volts.
Comme cette valeur n’est pas une
valeur standard, on pourra tranquille-                       159 000 : (100 x 30) =                    Pour éviter que cette tension puisse
ment utiliser 82 000 ohms car le gain                            53 picofarads                         entrer sur l’entrée de l’étage, il est indis-
ne changera pas beaucoup :                                                                             pensable d’insérer sur la sortie un con-
                                                 Comme cette valeur n’est pas une                      densateur électrolytique (voir C5) qui per-
     82000 : 22 000 = 3,72 fois                  valeur standard, on pourra utiliser 56                mettra de laisser passer seulement le
                                                 ou bien 47 picofarads.                                signal de BF et pas la tension continue.
Les potentiomètres R3, reliés aux
entrées, nous serviront pour doser               Si l’on alimente cet étage avec une ten-              On calcule également le gain de ce
l’amplitude des signaux appliqués sur            sion double et en l’absence de signal,                schéma avec la formule :
les entrées, dans le cas où l’on vou-            on retrouve entre la broche de sortie et
drait amplifier davantage le signal du           la masse, une tension de 0 volt.                                      gain = R2 : R1
micro par rapport à celui du tourne-dis-
que ou vice-versa.                               Sur la figure 166, vous pouvez obser-
                                                 ver le schéma électrique d’un mixer ali-              Amplificateur différentiel
Il est également conseillé, pour les             menté par une tension unique.
mixer, de relier en parallèle un petit                                                                 L’amplificateur différentiel est utilisé
condensateur (voir C2) à la résistance           Comme vous pouvez le remarquer,                       lorsqu’on a besoin de connaître la diffé-
R2, pour limiter la bande passante               la broche non-inverseuse “+” n’est                    rence qui existe entre les deux tensions
afin d’éviter d’amplifier des fréquences         pas reliée à masse comme sur la                       que l’on applique sur les deux entrées.

                           ELECTRONIQUE et Loisirs magazine           100   Cours d’Electronique – Deuxième niveau
                                                                                          LE COURS

                        C1   R1
                                                                                         15 V
        ENTRÉE 1
                   R3                               IC1                   C4
                                      R4
                                                             7
                                                        3                                7,5 V   C5
                        C1                                                6                                          Gain = R2 : R1
                             R1
        ENTRÉE 2
                                                        2
                                                                                                                     R1 = R2 : Gain
                   R3                                                          R2                C2
                                                             4
                                           7,5 V
                                                                                                                     R2 = R1 x Gain
                                                                                                  SORTIE
                        C1                                                                                                        159 000
                             R1                                                                                      C2 pF =
        ENTRÉE 3                                                                                                               R2 kΩ x 30 kHz
                                      R5                C3
                   R3




        R3 = 10 000 ohms pot. log. (10 kΩ)                                                              C1, C3 et C5 = 10 microfarads électrolytiques (10 µF)
        R4 et R5 = 10 000 ohms (10 kΩ)                                                                  C4 = 100 000 pF céramique ou polyester (100 nF)


                         Figure 166 : Schéma électrique d’un mixer HF alimenté par une tension unique.
               Dans ce circuit, les broches “+” des condensateurs C1 doivent être dirigées vers les résistances R1.



Pour citer un exemple, si l’on appli-                                               5,0 – 4,9 = 0,1 volt                       tant entre les deux tensions multipliée
que deux tensions identiques sur les                                                                                           par le gain. En d’autres termes, on
entrées “+” et “–” de l’opérationnel,                             Dans ces conditions, l’aiguille de l’instru-                 obtiendrait une tension négative :
peu importe leur valeur, on retrouvera                            ment de mesure déviera vers la droite
en sortie une tension de 0 volt.                                  (voir figure 168), car on retrouvera en                       (5,2 – 5,0) x 10 = 2 volts négatifs
                                                                  sortie une tension positive égale à la dif-
Donc, si on relie un voltmètre avec 0                             férence existant entre les deux tensions                     Dans l’industrie, les amplificateurs
central sur la sortie de l’opérationnel et                        multipliée par le gain de l’étage.                           différentiels sont généralement utili-
que l’on applique ensuite sur les deux                                                                                         sés pour connaître la différence entre
entrées “+” et “–”, 2, 5, 9 ou 12 volts, on                       Si la résistance R2 était de 100 000                         deux températures, en appliquant deux
remarquera que l’aiguille de l’instrument                         ohms et la résistance R1 de 10 000                           résistances CTN (résistances à Coeffi-
de mesure reste toujours immobile sur le                          ohms, on obtiendrait un gain de :                            cient de Température Négatif) sur les
centre de l’échelle (voir figure 167).                                                                                         entrées, ou bien la différence entre
                                                                                         gain = R2 : R1                        deux sources lumineuses, en appli-
Si l’une de ces deux tensions devait                                                                                           quant deux photorésistances sur les
devenir plus ou moins positive par rap-                                   100 000 : 10 000 = 10 fois                           entrées.
port à l’autre, l’aiguille dévierait vers la
gauche ou vers la droite.                                         Dans ce cas, l’instrument de mesure                          Dans un circuit différentiel, il est très
                                                                  nous indiquera une valeur de tension                         important que la valeur des deux résis-
Par exemple, si une tension positive de                           positive de :                                                tances R1 et également des deux
5,0 volts atteint l’entrée non-inverseuse                                                                                      résistances R2 soit identique, car une
et une tension positive de 4,9 volts sur                                       (5,0 – 4,9) x 10 = 1 volt                       toute petite tolérance suffit à faire
l’entrée inverseuse, l’entrée non-inver-                                                                                       dévier l’aiguille de l’instrument vers la
seuse sera plus positive que celle de                             Si une tension positive de 5,0 volts                         droite ou vers la gauche.
l’entrée inverseuse opposée de :                                  atteignait l’entrée non-inverseuse ainsi
                                                                                       qu’une tension po-                      Pour contrôler si les résistances ont
                                                                                       sitive de 5,2 volts                     la même valeur, on peut relier entre
                                                                                       sur l’entrée inver-                     elles les deux entrées, puis leur appli-
                                            12 V
                                                                           0
                                                                                       seuse, cette der-                       quer n’importe quelle tension prélevée
                              IC1                  C4
                                                                   12               12
                                                                                       nière entrée serait                     sur une pile. Si les résistances sont de
                   R1                  7
       5V
                                  3
                                                                  VOLTS
                                                                                       plus positive que                       même valeur, l’aiguille restera immobile
                                                   6
                                                                                       l’entrée inverseuse                     sur le 0.
       5V
                                  2
                                                                                       opposée de :
                   R1                  4                     R2
                    R2                             C5
                                                                                                            5,0 – 5,2 =        Comparateurs de tensions
                                                                                                              0,2 volt
                                                                                                                               Les comparateurs de tensions sont
                                            12 V
                                                                                                       Dans ces condi-         généralement utilisés pour obtenir, en
                                                                                                       tions, l’aiguille de    sortie, une condition logique 0 lors-
  Figure 167 : Si on applique sur les deux entrées d’un diffé-                                         l’instrument dévie-     que la tension appliquée sur l’entrée
  rentiel deux tensions identiques, de n’importe quelle valeur,                                        rait vers la gauche     inverseuse est supérieure à celle de
  on retrouvera toujours une tension de 0 volt en sortie.                                              (voir figure 169),      l’entrée non-inverseuse, et une condi-
                                                                                                       car on retrouverait     tion logique 1 lorsque la tension qui
  Sur les broches d’alimentation, on devra toujours relier deux
  condensateurs céramiques ou polyester de 100 000 pF                                                  en sortie une ten-      se trouve sur l’entrée inverseuse est
  (100 nF) (voir C4 et C5).                                                                            sion négative égale     inférieure à celle appliquée sur l’entrée
                                                                                                       à la différence exis-   non-inverseuse.

                                  ELECTRONIQUE et Loisirs magazine                                    101   Cours d’Electronique – Deuxième niveau
                                                                                                   LE COURS

                                                12 V
                                                                                     0
                                                                                                                                                          12 V
                                  IC1                  C4
                                                                              12              12

                                                                                                                                           IC1                   C4                     12
                                                                                                                                                                                               0
                                                                                                                                                                                                        12

                      R1                    7
                                      3                                                                                         R1                    7
      5V                                                                     VOLTS                                                              3
                                                       6                                                        5V                                                                     VOLTS
                                                                                                                                                                 6
      4,9 V
                                      2                                                                         5,2 V
                      R1                    4                           R2                                                                      2
                                                                                                                                R1                    4                           R2
                       R2                              C5
                                                                                                                                                                 C5
                                                                                                                                 R2



                                                12 V                                                                                                      12 V



  Figure 168 : Si une tension positive inférieure à celle qui                                               Figure 169 : Si une tension positive supérieure à celle
  est présente sur l’entrée non-inverseuse se trouve sur                                                    qui est présente sur l’entrée non-inverseuse se trouve sur
  l’entrée inverseuse, on aura une tension positive par rap-                                                l’entrée inverseuse, on aura une tension négative par rap-
  port à la masse sur la broche de sortie.                                                                  port à la masse sur la broche de sortie.

  Gain = R2 : R1                                                                                            Gain = R2 : R1



Vous devez toutefois tenir compte du                                         exemple de 3,5 volts, on obtiendra                        le seuil maximal, on retrouvera sur la
fait qu’en utilisant des opérationnels                                       alors immédiatement sur la sortie de                      broche de sortie un niveau logique 1.
type TL082, µA741 ou d’autres, équi-                                         l’opérationnel un niveau logique 1 (voir
valents, le niveau logique 0 corres-                                         figure 171).                                              Pour calculer la valeur en volt du seuil
pond à une tension positive qui tourne                                                                                                 minimal et du seuil maximal, il est tou-
autour de 1 et 1,5 volt.                                                     Si l’on voulait obtenir une condition                     jours conseillé d’utiliser ces deux for-
                                                                             logique opposée, on pourrait utiliser le                  mules :
C’est seulement si l’on utilise des                                          schéma de la figure 172.
opérationnels type LM358, LM324,                                                                                                                       volt min =
CA3130, TS27M2CN que le niveau                                                                                                                [R3 : (R1 + R2 + 3)] x Vcc
logique 0 correspond à une tension de                                        Comparateurs à fenêtre                                                   volt max =
0 volt.                                                                                                                                    [(R2 + R3) : (R1 + R2 + 3)] x Vcc
                                                                             Si l’on utilise deux amplificateurs opé-
Vous trouverez sur les figures 170 et                                        rationnels alimentés par une tension                      Ces formules peuvent être utilisées
171, les schémas d’un comparateur                                            unique, on peut réaliser des compara-                     seulement si l’on connaît déjà les
pour tensions continues.                                                     teurs à fenêtre qui nous permettent de                    valeurs de R1, R2 et R3.
                                                                             choisir les valeurs de seuil minimal ou
Si l’on règle le trimmer R1 de façon à                                       maximal avec lesquelles on souhaite                       Pour un débutant, il est préférable de
appliquer sur l’entrée non-inverseuse                                        que l’opérationnel interagisse.                           calculer la valeur de ces trois résistan-
une tension positive de 4 volts et sur                                                                                                 ces en choisissant la valeur en volts du
l’entrée inverseuse une tension posi-                                        En bref, tant que la tension appliquée sur                seuil maximal et du seuil minimal.
tive supérieure, par exemple de 4,5                                          l’entrée reste comprise entre la valeur de
volts, on retrouvera alors sur la sortie                                     seuil minimal et celle de seuil maximal,                  Pour connaître la valeur des trois résis-
de l’opérationnel un niveau logique 0                                        on retrouve sur la broche de sortie un                    tances exprimée en kilohm, on utilise
(voir figure 170).                                                           niveau logique 0 (voir figure 173).                       les formules suivantes :

Si l’on applique une tension positive                                        Dès que l’on descendra en dessous du                                         R1 en kilohm =
inférieure sur l’entrée inverseuse, par                                      seuil minimal ou dès que l’on dépassera                                (Vcc – volt seuil max) : 0,15


                                                            15 V                                                                                                      15 V


                                          IC1                                                                                                       IC1                       0                    15
                                                       C4
                                                                    0                    15
                                                                                                                                           4V                    C4
                                 4V                                                                                                                   7
                                            7
                                      3                                                                                                         3
                      R1                                           VOLTS
                                                                                                                                R1                                           VOLTS
                                                       6                                                                                                         6

              4,5 V                                                                                                     3,5 V
                                      2                                                                                                         2
                                            4                                                                                                         4
                            R2                                                                                                        R2




Figure 170 : Si une tension positive supérieure à celle qui se                                              Figure 171 : Si une tension positive inférieure à celle qui
trouve sur l’entrée non-inverseuse, est présente sur l’entrée                                               se trouve sur l’entrée non-inverseuse, est présente sur
inverseuse, on retrouvera une tension de 0 volt sur la broche                                               l’entrée inverseuse, on retrouvera une tension positive sur
de sortie.                                                                                                  la broche de sortie.

R1 = 10 000 ohms trimmer (10 kΩ)                                                                            R1 = 10 000 ohms trimmer (10 kΩ)
R2 = 10 000 ohms (10 kΩ)                                                                                    R2 = 10 000 ohms (10 kΩ)



                                      ELECTRONIQUE et Loisirs magazine                                102   Cours d’Electronique – Deuxième niveau
                                                                                      LE COURS

                                                                                              Solution = Il faut      Et étant donné que ces valeurs ne sont
                                                       15 V                                   commencer par cal-      pas des valeurs standard, on utilisera :
                                                                                              culer la valeur de la
                           R2       IC1                           0            15
                                                                                              résistance R1, en          R1 = 39 kilohms qui équivalent
                                                  C4
                                      7                                                       partant de la valeur              à 39 000 ohms
                                3
          Vin                                                 VOLTS                           du seuil maximal           R2 = 12 kilohms qui équivalent
                                                  6
                                                                                              fixé à 6 volts :                  à 12 000 ohms
                      R1
                                2                                                                                        R3 = 27 kilohms qui équivalent
                                      4
                           R3                                                                  (12 – 6) : 0,15 =                à 27 000 ohms
                                                                                                 40 kilohms
                                                                                                                      Puisque l’on connaît la valeur de ces
                                                                                              Il faut ensuite cal-    trois résistances, on peut contrôler la
  Figure 172 : Si l’on veut obtenir une condition logique                                     culer la valeur de      valeur en volts du seuil minimal grâce
  opposée à celle reportée dans les figures 170 et 171, il                                    la résistance R3,       à la formule :
  suffit de relier la broche inverseuse sur le trimmer R1 et                                  puisqu’on connaît
  entrer avec la tension sur l’entrée non-inverseuse. Pour                                    la valeur du seuil                   volt min =
  les résistances R2 et R3, on pourra utiliser une valeur de
  10 000 ohms (10 kΩ).
                                                                                              minimal, fixée à 4          [R3 : (R1 + R2 + R3)] x Vcc
                                                                                              volts :                     [27 : (39 + 12 + 27)] x 12 =
                                                                                                                            4,15 volts seuil minimal

           R3 en kilohm =                                                             4 : 0,15 = 26,66 kilohms        On peut ensuite contrôler la valeur en
         volt seuil min : 0,15                                                                                        volts du seuil maximal grâce à la for-
           R2 en kilohm =                                              Il faut alors calculer la valeur de la         mule :
     (volt max – volt min) : 0,15                                      résistance R2, puisqu’on connaît la
                                                                       valeur du seuil minimal ainsi que celle                     volt max =
Vcc = volt de la tension d’alimentation                                du seuil maximal :                             [(R2 + R3) : (R1 + R2 + R3)] x Vcc
0,15 = courant en milliampères à                                                                                      [(12 + 27) : (39 + 12 + 27)] x 12 =
faire parcourir sur les trois résistances                                   (6 – 4) : 0,15 = 13,33 kilohms                   6 volts seuil maximal
reliées en série.
                                                                       En théorie, on devra utiliser ces trois        Comme vous pouvez le remarquer, si
Exemple de calcul = On souhaite réa-                                   valeurs :                                      l’on utilise ces valeurs standard, seul
liser un comparateur à fenêtre ali-                                                                                   le niveau du seuil minimal change et,
menté par une tension Vcc de 12 volts                                    R1 = 40 kilohms qui équivalent               des 4 volts requis monte à seulement
qui commute la sor tie au niveau logi-                                           à 40 000 ohms                        4,15 volts.
que 0 lorsque, sur l’entrée, la tension                                 R2 = 13,33 kilohms qui équivalent
dépasse 4 volts et au niveau logique                                             à 13 330 ohms                        Ce comparateur peut être alimenté par
1, lorsque, sur l’entrée, la tension                                    R3 = 26,66 kilohms qui équivalent             une tension double ou bien une ten-
dépasse les 6 volts.                                                             à 26 660 ohms                        sion unique.



                                                                            15 V
                                                                                                       V

                           R1                 8
                                          3                           DS1                                                                 SEUIL MAX
                  NIVEAU                                      1
                   SEUIL
                   MAX                                                                                                                    SEUIL MIN
                                          2
                Vin                               IC1-A                                               0V


                           R2                     IC1-B
                  NIVEAU                  5                           DS2      0        15
                                                                                                      15 V
                   SEUIL                                      7
                    MIN                                                       VOLTS

                                          6
                           R3                 4                        R4                                                               SORTIE



                                                                                                      0V



  Figure 173 : Les comparateurs à fenêtre sont utilisés pour
  maintenir la broche de sortie au niveau logique 0 (niveau                                           R1 kΩ = ( Vcc – V max ) : 0,15
  bas) tant que la tension appliquée sur l’entrée reste entre
  le niveau de seuil minimal et maximal. Si on descend en                                             R3 kΩ = V min : 0,15
  dessous de la valeur de seuil minimale autorisée ou si l’on                                         R2 kΩ= ( V max – V min ) : 0,15
  monte au-dessus de la valeur maximale de seuil, la sortie                                                      R3
  se portera au niveau logique 1 (niveau haut).                                                       V min =            x Vcc
                                                                                                              R1+R2+R3
  DS1 et DS2 = diodes au silicium                                                                             R2+R3
                                                                                                      V max =         x Vcc
  R4 = résistance de 10 kilohms                                                                              R1+R2+R3

  Note : les valeurs de R1, R2 et R3 sont en kilohms.



                                ELECTRONIQUE et Loisirs magazine                             103   Cours d’Electronique – Deuxième niveau
                                                                                    LE COURS


                                                                             15 V                    V

             NIVEAU R1
                                     8                        R4                                                                              SEUIL MAX
              SEUIL             3
              MAX                                     DS1
                                                 1
                                                                                                                                              SEUIL MIN

                                2
                                         IC1-A                                                      0V
           Vin


                                         IC1-B
                    R2          5                     DS2           0               15              15 V
                                                 7
             NIVEAU                                                VOLTS

              SEUIL             6                                                                                                           SORTIE
               MIN R3                4


                                                                                                    0V




  Figure 174 : Si l’on veut maintenir la broche de sortie au niveau logique 1, tant que la tension appliquée sur l’entrée reste
  entre le niveau de seuil minimal et maximal, puis la faire commuter au niveau logique 0 lorsque cette tension descend en
  dessous du seuil minimal ou monte au-dessus du seuil maximal, on devra inverser la polarité des diodes DS1 et DS2 et relier
  au positif d’alimentation la résistance R4 de 10 kilohms.


Variante                                                    des valeurs de seuil minimal et de seuil                    commute sur la valeur négative d’ali-
du comparateur à fenêtre                                    maximal, on retrouvera un niveau logi-                      mentation et la résistance R3 diminue
                                                            que 1 sur la broche de sortie.                              automatiquement la valeur du seuil.
Si, contrairement à ce qui apparaît sur
la figure 173, on dirige la cathode des                                                                                 Lorsque la tension qui se trouve sur
deux diodes DS1 et DS2 vers la sortie                       Trigger de schmitt                                          l’entrée inverseuse dépasse ce niveau
des deux opérationnels, puis que l’on                       alimenté par une tension double                             de seuil, la broche de sortie du trig-
relie la résistance R4 au positif d’ali-                                                                                ger commute sur la valeur positive
mentation et pour finir, la résistance                      Le trigger de Schmitt (voir figure 175)                     d’alimentation maximale et la résis-
R1 à la broche non-inverseuse de IC1-A                      est un type de comparateur de tension                       tance R3 augmente automatiquement
et la résistance R3 à la broche inver-                      spécial qui modifie de façon automati-                      la valeur du seuil.
seuse de IC1-B (voir figure 174), on                        que son niveau de seuil.
obtient les conditions inverses.                                                                                        Cette différence entre les deux valeurs
                                                            Lorsque la tension qui se trouve sur                        de seuil, appelée “hystérésis”, nous per-
Donc, tant que la tension que l’on appli-                   l’entrée inverseuse dépasse ce niveau                       met d’éliminer d’éventuelles perturba-
que sur l’entrée reste dans les limites                     de seuil, la broche de sortie du trigger                    tions ou d’éventuels bruits qui pour-



                                              12 V


                                                                                                                        Vcc
                                                 C1                                                 Vseuil =
                                                                        R3                                         ( R3 : R2 ) + 1
                                          7
                          IC1       3
                                                                                                                        R3
                                                      6                                             R2 =
                                                                                                                ( Vcc : Vseuil ) – 1
                                    2
                                          4                                                         R3 = R2 x [( Vcc : Vseuil ) – 1]
                                                             SORTIE
                 ENTRÉE   R1        R2           C2



                                                                                                           V
                                              12 V
                                                                                                                                                 SEUIL

                                                                                                         0V

  Figure 175 : Les triggers de Schmitt sont des comparateurs qui                                                                                 SEUIL
  modifient de façon automatique leur niveau de seuil afin d’éviter                                        V
  que leur sortie ne commute en présence de perturbations.

  Si on alimente le trigger à l’aide d’une tension double, la sor-
                                                                                                         12 V
  tie se commute sur la valeur négative maximale lorsque le
  signal dépasse, sur l’entrée, le niveau de seuil et se commute
  sur la valeur positive maximale lorsque, sur l’entrée, le signal
                                                                                                         0V
  descend en dessous du niveau de seuil.

  R1 = 10 000 ohms (10 kΩ)
                                                                                                         12 V
  C1 et C2 = 100 000 pF céramique ou polyester (100 nF)



                          ELECTRONIQUE et Loisirs magazine                               104   Cours d’Electronique – Deuxième niveau
                                                                 LE COURS

                                                    15 V

                              R4


                                       C1                                  Ra = ( R4 x R3 ) : ( R4 + R3 )
                                                    R3
                                   7                                       Rb = ( R2 x R3 ) : ( R2 + R3 )
                      IC1      3
                                            6                                            Rb
                                                                           V min =            x Vcc
                                                                                        R4+Rb
                               2
                                   4                                                     R2
                                                SORTIE                     V max =            x Vcc
             ENTRÉE    R1     R2                                                        R2+Ra




  Figure 176 : Si on alimente le trigger de Schmitt à l’aide d’une tension unique, on devra ajouter le calcul de la résistance
  R4 aux autres résistances. Pour calculer la valeur de seuil maximal et minimal, on devra tout d’abord déterminer la valeur
  de la somme des résistances R2, R3 et R4, comme cela apparaît dans les formules du tableau. La valeur de la résistance
  R1 est toujours de 10 000 ohms (10 kΩ) et celle du condensateur C1 toujours de 100 000 pF (100 nF).


raient, en se superposant à la tension           Note : Le sigle “Vcc” indique les volts          mule les valeurs que l’on connaît déjà,
appliquée sur son entrée, faire commuter         d’alimentation de l’opérationnel. Donc,          on obtient :
la sortie (voir figure 175 à droite).            n’oubliez pas que si le circuit est ali-
                                                 menté avec une tension double, on ne                    12 : [(82 000 : 10 000) + 1]
En effet, dans le cas des comparateurs           devra prendre comme valeur Vcc, que                               = 1,3 volt
ordinaires, la moindre perturbation pro-         la valeur d’une seule branche.
che de la valeur du seuil suffit à faire                                                          Sur la sortie de ce trigger de Schmitt,
commuter la sortie sur le niveau logi-                                                            on retrouve alors un niveau logique 1
que 0 ou 1.                                      Exemple de calcul = Si l’opérationnel            (11 volts positifs environ) lorsque le
                                                 est alimenté par une tension double de           signal appliqué sur l’entrée inverseuse
Si l’on utilise un comparateur à trig-           12 + 12 volts utilisant ces valeurs de           descend en dessous de 1,3 volt néga-
ger de Schmitt, on ne connaît plus cet           résistance :                                     tif et l’on retrouve un niveau logique 0
inconvénient car sa sortie commute                                                                (11 volts négatifs environ) lorsque le
sur le niveau logique 1 ou 0 seule-                R2 = 10 000 ohms, qui équivalent               signal appliqué sur l’entrée inverseuse
ment lorsque ces deux niveaux de seuil                      à 10 kilohms                          dépasse 1,3 volt positif.
sont dépassés, comme vous pouvez le                R3 = 82 000 ohms, qui équivalent
constater en observant la figure 175.                       à 82 kilohms                          Si l’on insère les valeurs des résistan-
                                                                                                  ces R2 et R3, exprimées en kilohms
Pour calculer la valeur des volts de             on veut donc connaître la valeur du              dans la formule, on obtiendra toujours
seuil, on peut utiliser la formule :             niveau de seuil positif ou négatif.              le même résultat :

volt de seuil = Vcc : [(R3 : R2) + 1]            Solution = Si l’on insère dans la for-                  12 : [(82 : 10) + 1] = 1,3 volt



            V
                                                                                                                                    15 V
                                                         SEUIL
                                                                                                                   R4

                                                                               220 kΩ    R1                       100 kΩ
                                                         SEUIL                                    R3          7
                                                                                                          3
           0V                                                                              R2
                                                                                                                        6
                                                                                         10 kΩ   10 kΩ

                                                                                                          2
                                                                                                              4    IC1       0             15


           15 V
                                                                               FR1                                          VOLTS




           0V


  Figure 177 : Si on alimente un trigger de Schmitt à l’aide
  d’une tension unique, la sortie restera au niveau logique
  0 tant que la tension appliquée sur l’entrée restera com-
  prise entre la valeur de seuil maximal et minimal. Lorsque              Figure 178 : Pour obtenir un trigger de Schmitt avec seuil
  le signal descend en dessous du seuil minimal, la sortie                réglable, il suffit d’appliquer une photorésistance (voir
  se porte au niveau logique 1 et retourne au niveau logi-                FR1) ou une résistance CTN sur l’entrée inverseuse, puis
  que 0 seulement lorsque le signal sur l’entrée dépasse le               de faire varier la tension sur l’entrée non-inverseuse par
  niveau du seuil maximal.                                                l’intermédiaire du trimmer R2.



                            ELECTRONIQUE et Loisirs magazine        105   Cours d’Electronique – Deuxième niveau
                             LE COURS

                 Pour augmenter la valeur du niveau de       les valeurs de Ra et Rb en utilisant les
                 seuil, on peut augmenter la valeur de       formules :
                 la résistance R2 ou réduire la valeur de
                 la résistance R3.                                Ra = (R4 x R3) : (R4 + R3)
                                                                  (56 x 470) : (56 + 470) =
                                                                        50 kilohms Ra
                 Trigger de Schmitt
                 alimenté par une tension unique                  Rb = (R2 x R3) : (R2 + R3)
                                                                  (12 x 470) : (12 + 470) =
                 Si l’on alimente le trigger de Schmitt                11,7 kilohms Rb
                 avec une tension unique, on devra seu-
                 lement ajouter une résistance (voir R4,     On peut alors calculer la valeur de seuil
                 figure 176).                                minimal, en utilisant la formule :

                 Si l’on alimente le circuit avec une ten-               seuil minimal =
                 sion unique, on obtiendra ces deux                  [Rb : (R4 + Rb)] x Vcc
                 conditions :                                     [11,7 : (56 + 11,7)] x Vcc =
                                                                         2,59 volts mini
                 - lorsque, sur l’entrée, la tension monte
                    au-dessus du niveau du seuil, on         On calcule ensuite la valeur de seuil maxi-
                    retrouve en sortie un niveau logique     mal, en utilisant la formule suivante :
                    0 (voir figure 177).
                 - lorsque, sur l’entrée, la tension des-               seuil maximal =
                    cend en dessous du niveau du seuil,              [Rb : (R2 + Ra)] x Vcc
                    on retrouve en sortie un niveau logi-           [12 : (12 + 50)] x Vcc =
                    que 1.                                               2,9 volts maxi

                 Pour calculer les valeurs de seuil d’un     On sait à présent que l’on retrouve sur la
                 trigger de Schmitt alimenté par une ten-    broche de sortie un niveau logique 1 lors-
                 sion unique, on devra tout d’abord effec-   que la tension sur l’entrée inverseuse
                 tuer deux opérations pour déterminer les    descend en dessous des 2,59 volts posi-
                 valeurs que l’on appelle Ra et Rb :         tifs et un niveau logique 0, lorsque la ten-
                                                             sion dépasse les 2,9 volts.
                      Ra = (R4 x R3) : (R4 + R3)
                                                             On conseille d’utiliser pour la R3 des
                      Rb = (R2 x R3) : (R2 + R3)             valeurs très élevées, comme par exem-
                                                             ple 470, 560, 680 ou 820 kilohms. Si
                 Puis, en utilisant les formules ci-des-     on utilise une valeur de 470 kilohms
                 sous, on pourra trouver les volts du        pour R3, on obtiendra une hystérésis
                 seuil minimal et maximal :                  très large, tandis que si l’on utilise une
                                                             valeur de 820 kilohms, on obtiendra
                            seuil minimal =                  une hystérésis très étroite.
                         [Rb : (R4 + Rb)] x Vcc

                            seuil maximal =                  Trigger de Schmitt
                         [R2 : (R2 + Ra)] x Vcc              avec seuil réglable

                 Exemple de calcul = Si l’on a un trig-      Le trigger de Schmitt de la figure 178,
                 ger de Schmitt alimenté à l’aide d’une      nous permet de faire varier manuelle-
                 tension unique de 15 Volts Vcc utili-       ment son niveau de seuil de façon à
                 sant les valeurs suivantes :                activer ou à désactiver un relais sur
                                                             une valeur de température bien précise,
                    R2 = 12 000 ohms équivalent              si l’on utilise comme sonde une résis-
                            à 12 kilohms                     tance CTN, ou bien sur une intensité
                    R3 = 470 000 ohms équivalent             de lumière déterminée, si l’on utilise
                           à 470 kilohms                     comme sonde une photorésistance.
                    R4 = 56 000 ohms équivalent
                            à 56 kilohms                     Pour réaliser un thermostat, on utili-
                                                             sera une résistance CTN, tandis que
                 On voudra donc connaître la valeur des      l’on utilisera la photorésistance pour
                 volts du seuil maximal et du seuil mini-    réaliser un interrupteur crépusculaire.
                 mal.
                                                             Note : Dans le dernier volet de cette
                 Note : pour simplifier nos calculs, on      leçon, une “Mise en pratique” vous
                 utilisera toutes les valeurs des résis-     sera proposée, avec la réalisation d’un
                 tances exprimées en kilohms.                tel interrupteur crépusculaire.

                 Solution = On commence par trouver                                  A suivre     NNN

ELECTRONIQUE et Loisirs magazine   106   Cours d’Electronique – Deuxième niveau
NOTES
          -2
                                                         LE COURS

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     N 2
       N°
  ÇO AU
LE IVE
N




                                               Apprendre
             l’électronique
                          en partant de zéro
                              Les amplificateurs opérationnels
                                     Schémathèque commentée
                                               (2)

                Dans la première partie de cette leçon, nous avons revu la théorie des amplificateurs
                opérationnels et nous avons commencé la description des applications possibles. Nous
                continuons et terminerons dans cette seconde partie. Une fois réalisée la “Mise en application”
                que nous vous proposerons dans le dernier volet de cette leçon, vous saurez tout, tout, tout,
                sur… l’ampli op !



    Générateur de courant
    constant alimenté
    par une tension double

    Les générateurs de courant sont utili-
    sés afin d’obtenir un courant stabilisé
    pouvant ser vir à recharger des accu-
    mulateurs au cadmium-nickel ou bien
    pour obtenir, sur les broches d’une
    résistance de charge (voir R5 sur la
    figure 179), une tension précise pou-
    vant servir à réaliser des ohmmètres.

    Si l’on règle un générateur de courant
    constant de façon à ce qu’il débite
    un courant constant de 0,05 ampère,
    quelle que soit la valeur ohmique que
    l’on appliquera sur sa sortie, il sera
    toujours parcouru par un courant sta-
    ble de 0,05 ampère (voir R5).

    Ce circuit n’a qu’une limitation, c’est-
    à-dire que l’on ne pourra pas relier
    sur sa sortie une valeur ohmique qui
    dépasse cette valeur :

       valeur maximale de R5 ohm =
               Vcc : ampère

    Donc, si on alimente le circuit à l’aide
    d’une tension de 12 volts (valeur Vcc),

                             ELECTRONIQUE et Loisirs magazine   108   Cours d’Electronique – Deuxième niveau
                                                                            LE COURS


                                                                    12 V

                                                             R4
              R1
           10 kΩ                                                                        Ampère = ( Vcc – Vin ) : R4 Ω
                                     C1
                   Vin                                                                  Volt SORTIE = R5 Ω x Ampère
                                7                  TR1
              R2           3                             E                              R4 Ω = ( Vcc – Vin ) : Ampère
           10 kΩ                           6   B
                                                                                        Watt R4 = A x A x ohm
                                                         C
                           2
              R3                4                                    R                  Valeur max R5 = Vcc : Ampère
           10 kΩ         IC1                                 R5      de
                                     C2                            CHARGE               C1 = C2 = 100 000 pF


                                    12 V



  Figure 179 : Les générateurs de courant constant sont utilisés pour recharger les accumulateurs au cadmium-nickel, pour
  réaliser des voltmètres ou autres instruments de mesure. Le transistor de puissance PNP, relié sur la sortie de l’opérationnel,
  doit être fixé sur un radiateur de refroidissement. En faisant varier la tension “Vin” par l’intermédiaire du trimmer R2, on
  obtiendra un courant constant proportionnel à la valeur de la résistance R4 reliée sur l’émetteur de TR1.


on ne pourra pas relier des charges qui                      Donc, si l’on a une alimentation double     Si l’on veut obtenir un courant de 0,5
aient une résistance supérieure à :                          de 15 + 15 volts, pour le calcul, on        ampère en appliquant sur l’entrée non-
                                                             considérera 15 volts.                       inverseuse une tension Vin de 6 volts
        12 : 0,05 = 240 ohms                                                                             et si l’on veut utiliser une tension d’ali-
                                                             Vin = volts présents sur le curseur de      mentation Vcc de 15 + 15 volts, la
Si le courant reste stable et si la valeur                   R2.                                         valeur à utiliser pour la résistance R4
ohmique de la résistance de charge                                                                       devra être de :
change, la valeur de la tension varie                        Si on alimente le circuit à l’aide d’une
alors sur ses broches, comme nous le                         tension de 15 + 15 volts et qu’on règle            (15 – 6) : 0,5 = 18 ohms
confirme la loi d’Ohm.                                       le potentiomètre R2 de façon à appli-
                                                             quer sur l’entrée non-inverseuse une        Pour connaître la puissance en watt de
       volt = R5 ohm x ampère                                tension de 10 volts, tout ceci, après       la résistance R4 reliée au transistor, on
                                                             avoir inséré sur l’émetteur du transis-     peut utiliser la formule :
Donc, si l’on choisit quatre résistan-                       tor une résistance de 47 ohms (voir
ces d’une valeur de 1,2, 4,7, 100 ou                         R4), on aura un courant constant de :                  watt de R4 =
220 ohms dans lesquelles on fait pas-                                                                          (ampère x ampère) x ohm
ser un courant de 0,05 ampère, on                                        (15 – 10) : 47 =
relèvera à leurs bornes ces différentes                           0,1 ampère équivalent à 100 mA.        Pour en revenir à l’exemple que nous
valeurs de tension :                                                                                     venons de citer, on devra utiliser une
                                                             Si on règle le potentiomètre R2 de          résistance bobinée dont la puissance
        1,2 x 0,05 = 0,06 volt                               façon à appliquer sur l’entrée non-inver-   ne devra pas être inférieure à :
        4,7 x 0,05 = 0,23 volt                               seuse une tension de 4,8 volts, on
         100 x 0,05 = 5 volts                                obtiendra un courant constant de :               (0,5 x 0,5) x 18 = 4,5 watts
        220 x 0,05 = 11 volts
                                                                     (15 – 4,8) : 47 =                   On pourra donc utiliser des résistances
Le schéma d’un générateur de cou-                            0,217 ampère équivalent à 217 mA.           bobinées de 5, de 7 ou de 10 watts.
rant constant est toujours composé,
comme nous pouvons le voir sur la                            Si on remplace la résistance R4 de 47
figure 179, d’un opérationnel et d’un                        ohms par une de 220 ohms et qu’on           Générateur de courant
transistor PNP.                                              applique sur l’entrée non-inverseuse        constant alimenté
                                                             une tension de 10 puis de 4,8 volts,        par une tension unique
Comme vous pouvez le constater, l’en-                        on obtiendra les courants constants
trée non-inverseuse est reliée au cur-                       suivants :                                  Pour réaliser un générateur de cou-
seur du potentiomètre R2, qui nous                                                                       rant alimenté par une tension unique,
servira à déterminer la valeur de cou-                               (15 – 10) : 220 =                   on ne pourra pas utiliser n’importe
rant que nous voulons voir apparaître                         0,027 ampère équivalent à 27 mA.           quel opérationnel, mais seulement
sur la sortie du transistor.                                         (15 – 4,8) : 220 =                  ceux-ci : LM324, LM358, CA3130 ou
                                                              0,046 ampère équivalent à 46 mA.           TS27M2CN.
La formule qui sert à trouver la valeur
de courant exprimé en ampère est la                          Une autre formule, très utile aux débu-     Comme on peut le constater sur la figure
suivante :                                                   tants, est celle qui permet de déter-       180, ce schéma ne se différencie de
                                                             miner la valeur R4 en connaissant la        celui de la figure 179 que par sa broche
 ampère = (Vcc – Vin) : R4 en ohm                            valeur de la tension Vin prélevée sur le    d’alimentation 4 reliée à la masse.
                                                             curseur du potentiomètre R2 :
Vcc = volt d’alimentation seulement de                                                                   Toutes les formules utilisées pour le
la broche positive.                                               R4 en ohm = (Vcc – Vin) : ampère       générateur de courant constant ali-

                               ELECTRONIQUE et Loisirs magazine                 109   Cours d’Electronique – Deuxième niveau
                                                                             LE COURS


                                                                    15 V

                                                               R4
              R1
                                                                                       Ampère = ( Vcc – Vin ) : R4 Ω
           10 kΩ

                   Vin
                                       C1                                              Volt SORTIE = R5 Ω x Ampère
                                 7                  TR1
              R2           3                              E                            R4 Ω = ( Vcc – Vin ) : Ampère
           10 kΩ                            6   B
                                                                                       Watt R4 = A x A x ohm
                                                          C
              R3
                           2
                                 4
                                                                                       Valeur max R5 = Vcc : Ampère
                                                                      R
           10 kΩ         IC1                                  R5      de               C1 = C2 = 100 000 pF
                                                                    CHARGE




  Figure 180 : Pour réaliser un générateur de courant constant à alimenter à l’aide d’une tension unique, on ne pourra pas
  utiliser n’importe quel type d’opérationnel mais seulement les LM324, LM358, CA3130, TS27M2CM ou autres équivalents.
  Même dans ce schéma, le transistor de puissance TR1 est un PNP et doit être fixé sur un radiateur de refroidissement pour
  dissiper la chaleur générée.



menté à l’aide d’une tension double                           tre résistances de même valeur ohmi-                      C1 nanofarad =
sont également valables pour l’alimen-                        que (voir R1).                                      159 000 : (R1 kilohm x hertz)
tation unique.
                                                              Pour connaître la valeur en hertz de la    Si l’on connaît la valeur des capacités
                                                              fréquence générée, on peut utiliser la     en nanofarads, avec la formule sui-
Générateur d’ondes                                            formule suivante :                         vante, on peut calculer la valeur des
sinusoïdales alimenté                                                                                    résistances R1 en kilohms :
par une tension double                                                      hertz =
                                                              159 000 : (C1 nanofarad x R1 kilohm)                      R1 kilohm =
Pour réaliser un oscillateur capable                                                                          159 000 : (C1 nanofarad x hertz)
de générer des ondes sinusoïdales                             Note : Dans cette formule, la valeur
sur une valeur de fréquence fixe,                             des condensateurs C1 doit être expri-      Pour faire osciller ce circuit, on devra
nous vous conseillons d’utiliser le                           mée en nanofarads et celle des résis-      tourner le curseur du trimmer R4 jus-
schéma électrique de la figure 181,                           tances R1 en kilohms.                      qu’à ce que le signal HF apparaisse sur
alimenté à l’aide d’une tension dou-                                                                     la sortie.
ble.                                                          Si l’on connaît la fréquence en hertz
                                                              que l’on souhaite obtenir, ainsi que la
Comme on peut le voir sur le schéma                           valeur des résistances R1 en kilohms,      Exemple de calcul = On désire réaliser
électrique, pour ce circuit, il nous faut                     avec la formule suivante, on peut cal-     un oscillateur qui génère une fréquence
utiliser quatre condensateurs de capa-                        culer la valeur des capacités C1 en        de 1 000 Hz et, donc, on veut connaître
cité identique (voir C1), ainsi que qua-                      nanofarads :                               les valeurs à utiliser pour C1 et R1.




                                                                                                             C1                              C1

                                   159 000
                         Hz =                                                                                           R1    R1
                                 C1 nF x R1 kΩ
                                      159 000                                                                            C1                 C1
                   C1 nF =
                                     R1 kΩ x Hz
                                                                                                         R1                                  R1
                                      159 000
                   R1 kΩ =                                                                                                                               12 V
                                     C1 nF x Hz                                                                                    C2
                                                                                                             IC1         7
                                                                                                                   3
                                                                                                                                        6


                                                                                                                   2                              R3
                                                                                                                         4
  Figure 181 : Schéma d’un générateur d’ondes sinusoïdales à                                                                                           SORTIE
  alimenter par une tension double. Pour faire fonctionner ce                                           R2                         C3
                                                                                                                                                  R4
  circuit, on devra tourner le trimmer R4 jusqu’à obtenir le si-
  gnal HF en sortie.
                                                                                                                                                         12 V
  R2 = 10 000 ohms (10 kΩ)                                                                                             DS1
  R3 = 1 000 ohms (1 kΩ)
  R4 = 10 000 ohms trimmer (10 kΩ)
  C2 et C3 = 100 000 pF céramique (100 nF)                                                                             DS2
  DS1 et DS2 = diodes au silicium



                               ELECTRONIQUE et Loisirs magazine                 110   Cours d’Electronique – Deuxième niveau
                                                                                 LE COURS

Solution = Si on connaît la valeur de la                         Dans ce cas, on pourra choisir pour C1          Pour connaître quelle fréquence on obtien-
fréquence que l’on désire obtenir, il est                        la valeur de 10 nanofarads et pour R1,          dra en utilisant les trois valeurs standards
toujours conseillé de choisir une valeur                         la valeur standard de 15 kilohms.               préchoisies pour C1, ainsi que pour R1,
de capacité standard puis de calculer                                                                            on devra effectuer ces opérations :
la valeur de la résistance.                                      Si on choisit les valeurs 4,7, 47 et 470
                                                                 nanofarads pour C1, pour R1, on devra            159 000 : (10 x 15) = 1 060 hertz
Même si l’on réussit toujours, par le                            utiliser les valeurs suivantes :                 159 000 : (4,7 x 33) = 1 025 hertz
calcul mathématique, à obtenir cette                                                                              159 000 : (15 x 10) = 1 060 hertz
fréquence à l’aide de condensateurs                                        159 000 : (4,7 x 1 000) =
de capacité différente, il est préférable                                        33,8 kilohms                    Les fréquences que l’on obtient grâce
de toujours choisir une capacité qui ne                                     159 000 : (47 x 1 000) =             à ces calculs sont toujours approxima-
nécessite pas une résistance de valeur                                           3,38 kilohms                    tives car on doit tenir compte du fait
exagérée ou dérisoire.                                                     159 000 : (470 x 1 000) =             que les condensateurs et les résistan-
                                                                                  0,33 kilohm                    ces ont leur propre tolérance.
Pour C1, on pourra choisir les valeurs
suivantes :                                                      Dans ce cas, on pourra choisir pour C1
                                                                 la valeur de 4,7 nanofarads et pour R1,         Générateur d’ondes
             1, 10, 100 –                                        la valeur standard de 33 kilohms.               sinusoïdales alimenté
                                                                                                                 par une tension unique
            4,7, 47, 470 –                                       Si on choisit les valeurs 1,5, 15 et 150
                                                                 nanofarads pour C1, pour R1, on devra           Pour alimenter l’étage oscillateur de
       1,5, 15, 150 nanofarads                                   utiliser les valeurs suivantes :                la figure 181, à l’aide d’une tension
                                                                                                                 unique, on doit modifier le schéma
Si pour C1, on choisit les valeurs 1, 10                                   159 000 : (1,5 x 1 000) =             comme sur la figure 182.
ou 100 nanofarads, pour R1, on devra                                             106 kilohms
utiliser les valeurs suivantes :                                            159 000 : (15 x 1 000) =             En pratique, il suffit d’ajouter deux
                                                                                 10,6 kilohms                    résistances ainsi que deux condensa-
      159 000 : (1 x 1 000) =                                              159 000 : (150 x 1 000) =             teurs électrolytiques.
           159 kilohms                                                            1,06 kilohm
     159 000 : (10 x 1 000) =                                                                                    Pour calculer la valeur de la fréquence des
           15,9 kilohms                                          Dans ce cas, on pourra choisir pour C1          condensateurs C1 et des résistances R1,
     159 000 : (100 x 1 000) =                                   la valeur de 15 nanofarads et pour R1,          on utilisera les mêmes formules que cel-
           1,59 kilohm                                           la valeur standard de 10 kilohms.               les utilisées pour l’alimentation double.



                    C1                                 C1


                                R1       R1


                                    C1         C1

                                                                                                                   159 000
                    R1                                 R1                                                Hz =
                                                                         15 V                                    C1 nF x R1 kΩ
                                              C2
               R2             IC1                                                                                  159 000
                                3        7                                                             C1 nF =
                                                                 C4                                               R1 kΩ x Hz
                                                   6
                         R6
                                                                                                                   159 000
                                                                                                     R1 kΩ =
                                2                           R3                                                    C1 nF x Hz
                                         4
                                                            R4        SORTIE

               R5               C3



                              DS1



                              DS2



 Figure 182 : Pour alimenter le générateur d’ondes sinusoïdales avec
 une tension unique, on devra ajouter deux résistances (voir R5 et R6)
 et deux condensateurs électrolytiques (voir C3 et C4).

 R2 = 10 000 ohms (10 kΩ)
 R3 = 1 000 ohms (1 kΩ)
 R4 = 10 000 ohms trimmer (10 kΩ)
 R5 et R6 = 10 000 ohms (10 kΩ)
 C2 = 100 000 pF céramique (100 nF)
 C3 et C4 = 10 microfarads électrolytique (10µF)
 DS1 et DS2 = diodes au silicium



                                    ELECTRONIQUE et Loisirs magazine                  111   Cours d’Electronique – Deuxième niveau
                                                                      LE COURS


                                                                                                                                   15 V



                              454 545                                                          R4               C2
                 Hz =                                                                                 IC1
                            C1 nF x R1 kΩ                                                                   7            R3
                                                                                                      3
                                                                                                                              C3
                                  454 545                                                                            6
             C1 nF =
                                 R1 kΩ x Hz
                                                                                                      2
                                  454 545                                                                   4            R1
             R1 kΩ =                                                                                                           SORTIE
                                 C1 nF x Hz                                                    R2


                                                                                                      C1



                                      12 V



                                       C2
                      IC1         7              R3
                            3                                                                           714 285
                                                                                               Hz =
                                             6                                                        C1 nF x R1 kΩ
                                                                                                            714 285
                            2
                                  4
                                                                                            C1 nF =
                                                 R1
                                                      SORTIE
                                                                                                           R1 kΩ x Hz
                 R2                    C3
                                                                                                            714 285
                                                                                           R1 kΩ =
                                                                                                           C1 nF x Hz
                            C1



                                      12 V

                                                                                 Figure 184 : Pour réaliser un oscillateur capable de géné-
                                                                                 rer des ondes carrées à alimenter par une tension unique,
                                                                                 on pourra utiliser ce schéma. Pour connaître la valeur de
  Figure 183 : Pour réaliser un oscillateur capable de géné-                     la fréquence générée, on devra utiliser les formules don-
  rer des ondes carrées, on pourra utiliser ce schéma qui                        nées dans le tableau.
  sera alimenté par une tension double.
                                                                                 R2, R3 et R4 = 10 000 ohms (10 kΩ)
  R2 et R3 = 10 000 ohms (10 kΩ)                                                 C2 = 100 000 pF céramique (100 nF)
  C2 et C3 = 100 000 pF céramique (100 nF)                                       C3 = 10 microfarads électrolytique (10 µF)


Générateur d’ondes                                     culer la valeur des capacités C1 en                      454 545 : (33 x 500) =
carrées alimenté                                       nanofarads :                                                 27,54 kilohms
par une tension double
                                                                     C1 nanofarad =                   Comme cette valeur n’est pas une
Pour réaliser un étage oscillateur capa-                       454 545 : (R1 kilohm x hertz)          valeur standard, si l’on veut obtenir
ble de générer des ondes carrées, on                                                                  une fréquence exacte de 500 Hz,
doit utiliser le schéma électrique de la               Si l’on connaît la valeur des capacités        on devra utiliser une résistance de
figure 183.                                            en nanofarads, avec la formule sui-            27 kilohms en reliant en série un
                                                       vante, on peut calculer la valeur des          trimmer de 1 000 ohms, que l’on
On pourra faire varier la valeur de la fré-            résistances R1 en kilohms :                    calibrera de façon à obtenir une fré-
quence générée en modifiant la valeur                                                                 quence exacte de 500 Hz.
du condensateur C1 ainsi que celle de                               R1 kilohm =
la résistance R1.                                         454 545 : (C1 nanofarad x hertz)
                                                                                                      Exemple de calcul pour la fréquence
Pour connaître la valeur en hertz de la                                                               = Nous avons réalisé un étage oscilla-
fréquence générée, on peut utiliser la                 Exemple de calcul pour R1 = On                 teur en utilisant pour C1 une capa-
formule suivante :                                     désire réaliser un étage oscillateur qui       cité de 12 nanofarads et pour R1,
                                                       génère une fréquence de 500 Hz en              une résistance de 33 kilohms, on
              hertz =                                  utilisant un condensateur de 33 000            veut donc savoir quelle fréquence on
454 545 : (C1 nanofarad x R1 kilohm)                   picofarads et pour cela, on veut connaî-       obtiendra.
                                                       tre la valeur de la résistance R1.
On sait que les condensateurs et les                                                                  Solution = Pour connaître la valeur de
résistances ont leur propre tolérance                  Solution = On commence par diviser             la fréquence, on utilise la formule :
et donc, que la fréquence que l’on                     les 33 000 picofarads par 1 000 de
obtient grâce à ces calculs est toujours               façon à obtenir une valeur exprimée                          hertz =
approximative.                                         en nanofarads, puis on effectue nos            454 545 : (C1 nanofarad x R1 kilohm)
                                                       calculs en utilisant la formule sui-
Si l’on connaît la fréquence en hertz                  vante :                                        Donc, l’étage oscillateur devrait osciller
que l’on souhaite obtenir, ainsi que la                                                               sur :
valeur des résistances R1 en kilohms,                               R1 kilohm =
avec la formule suivante, on peut cal-                    454 545 : (C1 nanofarad x hertz)                454 545 : (12 x 33) = 1 147 hertz

                                 ELECTRONIQUE et Loisirs magazine          112   Cours d’Electronique – Deuxième niveau
                                                                     LE COURS


                              12 V



                               C2                      IC1-B
             IC1-A        8              R3       5
                     3                                           7
                                     1    R4

                                                  6
                     2                                      C4
                          4              R1
                                                                       SORTIE
            R2                 C3

                                                       R5
                     C1



                              12 V




                                                                                                     454 545
                                                                                            Hz =
  Figure 185 : Générateur d’ondes triangulaires alimenté                                           C1 nF x R1 kΩ
  par une tension double.
                                                                                                     454 545
                                                                                         C1 nF =
  R2 et R3 = 10 000 ohms (10 kΩ)                                                                    R1 kΩ x Hz
  R4 = valeur identique à R1                                                                         454 545
  R5 = supérieure de 18 à 22 fois à R1                                                  R1 kΩ =
                                                                                                    C1 nF x Hz
  C2 et C3 = 100 000 pF (100 nF)
  C4 = valeur identique à C1


Si l’on considère la tolérance du con-           tension unique, on doit utiliser la for-          alimenté par une tension unique en
densateur et de la résistance, en pra-           mule suivante :                                   utilisant pour C1 une capacité de 12
tique, on pourra obtenir une fréquence                                                             nanofarads et pour R1, une résistance
comprise entre 1 000 et 1 200 Hz.                              hertz =                             de 33 kilohms, on veut donc savoir
                                                 714 285 : (C1 nanofarad x R1 kilohm)              quelle fréquence on obtiendra.

Générateur d’ondes                               Exemple de calcul pour R1 = On désire             Solution = Pour connaître la valeur de
carrées alimenté                                 réaliser un étage oscillateur alimenté            la fréquence, on utilise la formule :
par une tension unique                           par une tension unique qui génère une
                                                 fréquence de 500 Hz en utilisant un                              hertz =
Pour alimenter un étage oscillateur à            condensateur de 33 000 picofarads et,              714 285 : (C1 nanofarad x R1 kilohm)
l’aide d’une tension unique, on doit uti-        pour cela, on veut donc connaître la
liser le schéma électrique de la figure          valeur de la résistance R1.                       Donc, avec les valeurs préchoisies, on
184.                                                                                               obtiendra :
                                                 Solution = On commence par diviser
Pour calculer la valeur de la résistance en      les 33 000 picofarads par 1 000 de                  714 285 : (12 x 33) = 1 803 hertz
kilohms en connaissant la valeur de la fré-      façon à obtenir une valeur exprimée
quence et celle du condensateur en nano-         en nanofarads, puis on effectue les               Si l’on considère la tolérance du con-
farads, on utilise la formule suivante :         calculs en utilisant la formule sui-              densateur et de la résistance, en pra-
                                                 vante :                                           tique, on pourra obtenir une fréquence
            R1 kilohm =                                                                            comprise entre 1 700 et 1 900 Hz.
  714 285 : (C1 nanofarad x hertz)                           R1 kilohm =
                                                   714 285 : (C1 nanofarad x hertz)
Pour calculer la valeur du condensateur                                                            Générateur d’ondes triangulaires ali-
en nanofarads en connaissant la valeur                  714 285 : (33 x 500) =                     menté par une tension double
de la fréquence et celle de la résis-                       43,29 kilohms
tance en kilohms, on utilise la formule                                                            Pour réaliser un oscillateur capable
suivante :                                       Comme cette valeur n’est pas une                  de générer des ondes triangulaires, il
                                                 valeur standard, si l’on veut obtenir             faut utiliser deux opérationnels reliés
          C1 nanofarad =                         une fréquence exacte de 500 Hz,                   comme sur la figure 185.
    714 285 : (R1 kilohm x hertz)                on devra utiliser une résistance de
                                                 39 kilohms en reliant en série un                 Le premier opérationnel, voir IC1-A, est
Même dans ce schéma, pour faire varier           trimmer de 5 000 ohms, que l’on                   utilisé pour générer une onde carrée
la valeur de la fréquence, on devra seu-         calibrera de façon à obtenir une fré-             et le second, IC1-B, pour transformer
lement modifier la valeur du condensa-           quence exacte de 500 Hz.                          cette onde carrée en une onde triangu-
teur C1 et de la résistance R1.                                                                    laire.

Pour calculer la valeur de la fréquence          Exemple de calcul pour la fréquence =             Si l’on veut que ce circuit fonctionne,
générée par un étage alimenté par une            Nous avons réalisé un étage oscillateur           on devra respecter ces conditions :

                                ELECTRONIQUE et Loisirs magazine         113    Cours d’Electronique – Deuxième niveau
                                                         LE COURS


                                                                                                                                            15 V

                                                                                                               R7
                                                                        R6   IC1-A     C2                                     IC1-B
                         714 285                                                                                        5
                  Hz =                                                             8                 R3
                       C1 nF x R1 kΩ                                         3                                                          7
                                                                                            1          R4
                           714 285
              C1 nF =                                                                                                   6
                          R1 kΩ x Hz                                         2                                                     C4
                                                                                   4                 R1
                           714 285
              R1 kΩ =                                                   R2                                                                  SORTIE
                          C1 nF x Hz
                                                                                                                              R5
                                                                              C1                          R8            C5




  R2, R3 et R6 = 10 000 ohms (10 kΩ)                                 C2 = 100 000 pF céramique (100 nF)
  R4 = valeur identique à R1                                         C4 = valeur identique à C1
  R5 = supérieure de 18 à 22 fois à R1                               C5 = 10 microfarads électrolytique (10 µF)
  R7 et R8 = 10 000 ohms (10 kΩ)

  Figure 186 : Schéma d’un générateur d’ondes triangulaires idéal pour être alimenté par une tension unique. Les partiteurs
  de résistance R6 et R2 et R7 et R8 permettent d’alimenter les entrées non-inverseuses de IC1-A et IC1-B par une tension
  égale à la moitié de celle d’alimentation.

  Note importante : Comme nous l’avons déjà précisé dans le texte, les fréquences que l’on obtient avec les formules données
  pour les générateurs d’ondes sinusoïdales, carrées, triangulaires et en dents de scie sont toujours approximatives. En effet,
  il ne faut pas oublier que les condensateurs et les résistances ont des tolérances qui normalement tournent autour de 5 %
  en plus ou en moins par rapport à la valeur inscrite.


- la valeur du condensateur C1 doit         et pour cela, on veut donc connaître les            Calculer la valeur
   être identique à la valeur du conden-    valeurs à utiliser pour R1, R4 et R5.               de la fréquence
   sateur C4.
- la valeur de la résistance R1 doit être   Solution = On commence par calculer                 On veut réaliser un étage oscillateur en
   identique à la valeur de la résistance   la valeur de la résistance R1 à l’aide              utilisant pour C1 une capacité de 33
   R4.                                      de la formule suivante :                            nanofarads et pour R1 une résistance
- la valeur de la résistance R5 doit être                                                       de 12 kilohms et, pour cela, on veut
   de 18 à 22 fois supérieure à R1.                     R1 kilohm =                             connaître la fréquence que l’on obtien-
                                              454 545 : (C1 nanofarad x hertz)                  dra.
Pour connaître la valeur en hertz de la
fréquence générée, on peut utiliser la            454 545 : (100 x 300) =                       Solution = pour connaître la valeur de
formule suivante :                                    15,15 kilohms                             la fréquence, on utilise la formule :

              hertz =                       Comme 15,15 kilohms n’est pas une                                 hertz =
454 545 : (C1 nanofarad x R1 kilohm)        valeur standard, on peut tout à fait tran-          454 545 : (C1 nanofarad x R1 kilohm)
                                            quillement utiliser une résistance de 15
Si l’on connaît la valeur des capacités     kilohms, qui équivalent à 15 000 ohms.              On obtiendra donc une fréquence beau-
en nanofarads, avec la formule sui-                                                             coup plus proche de :
vante, on peut calculer la valeur des       Pour la résistance R4, on utilise la
résistances R1 en kilohms :                 même valeur que pour R1, c’est-à-dire                454 545 : (33 x 12) = 1 147 hertz
                                            15 kilohms, tandis que pour la résis-
            R1 kilohm =                     tance R5 qui doit être de 18 à 22 fois              Pour R4, on utilise une résistance de
  454 545 : (C1 nanofarad x hertz)          supérieure, on calcule la valeur stan-              12 kilohms, tandis que pour la résis-
                                            dard la plus proche :                               tance R5 qui doit être de 18 à 22 fois
Pour calculer la valeur de la capacité                                                          supérieure, on contrôle quelle valeur
en nanofarads en connaissant la valeur              15 x 18 = 270 kilohms                       standard la plus proche on réussit à
de la fréquence et celle de la résis-               15 x 22 = 330 kilohms                       obtenir :
tance en kilohms, on utilise la formule
suivante :                                  On peut donc indifféremment utiliser                          12   x   18   =    216   kilohms
                                            une résistance de 270 kilohms, qui                            12   x   19   =    228   kilohms
         C1 nanofarad =                     équivalent à 270 000 ohms ou bien de                          12   x   20   =    240   kilohms
   454 545 : (R1 kilohm x hertz)            330 kilohms, qui équivalent à 330 000                         12   x   21   =    252   kilohms
                                            ohms.
                                                                                                          12 x 22 = 264 kilohms
Exemple de calcul = On désire réali-        Comme la valeur C4 doit être identique
ser un oscillateur qui génère une fré-      à la valeur de C1, on utilisera aussi               Les valeurs standard les plus proches
quence de 300 Hz en utilisant pour C1       pour ce condensateur une capacité de                sont 220 kilohms, qui équivalent à
un condensateur de 100 nanofarads,          100 nanofarads.                                     220 000 ohms ou 270 kilohms, qui

                         ELECTRONIQUE et Loisirs magazine      114    Cours d’Electronique – Deuxième niveau
                                                                   LE COURS


                     12 V
                                     R2


                                R1         C1
            IC1-A     C2                              IC1-B                                          731 000
                                     DS1                                                    Hz =
                 8
                                                5                                                  C1 nF x R3 kΩ
             3                                                7
                                                                                                        731 000
                            1                                                         C1 nF =
                                                6                                                      R3 kΩ x Hz
                                     R3
             2
                 4                                            SORTIE                                    731 000
                                                                                      R3 kΩ =
                      C3
                                                                                                       C1 nF x Hz


                     12 V




  R1 = 12 000 ohms (12 kΩ)                                                   C2 et C3 = 100 000 pF céramique (100 nF)
  R2 = 8 200 ohms (8,2 kΩ)                                                   DS1 = diode silicium
  Figure 187 : Schéma d’un générateur en dents de scie alimenté par une tension double.


équivalent à 270 000 ohms, on pourra                en nanofarads, on utilise la formule                de la résistance R3 en kilohms, on
donc utiliser une de ces valeurs.                   suivante :                                          pourra calculer la valeur de la capacité
                                                                                                        C1 en nanofarads, grâce à cette for-
                                                                R1 kilohm =                             mule :
Générateur d’ondes                                    714 285 : (C1 nanofarad x hertz)
triangulaires alimenté                                                                                              C1 nanofarad =
par une tension unique                                                                                        731 000 : (R3 kilohm x hertz)
                                                    Générateur d’ondes en dents
Pour pouvoir alimenter cet étage oscilla-           de scie alimenté                                    Si l’on connaît la valeur de la capacité
teur à l’aide d’une tension unique, on              par une tension double                              C1 en nanofarads, on pourra calculer la
devra modifier le schéma précédent                                                                      valeur de la résistance R3 en kilohms,
avec celui reporté sur la figure 186.               Pour réaliser un étage oscillateur d’on-            grâce à cette formule :
Si l’on veut que ce circuit fonctionne,             des en dents de scie, il nous faut deux
on devra également respecter ces con-               opérationnels que l’on reliera comme                           R3 kilohms =
ditions :                                           sur la figure 187. Plutôt que d’utiliser              731 000 : (C1 nanofarad x hertz)
                                                    deux circuits intégrés munis d’un seul
- la valeur du condensateur C1 doit                 opérationnel, il est toujours préféra-              Si l’on dirige sur ce circuit la cathode
   être identique à la valeur du conden-            ble d’utiliser un circuit intégré qui con-          de la diode DS1 vers l’entrée de
   sateur C4.                                       tienne deux opéra-
- la valeur de la résistance R1 doit être           tionnels.
   identique à la valeur de la résistance
   R4.                                              Pour connaître la                                                              15 V
- la valeur de la résistance R5 doit être           valeur en hertz de                                                 R2
   de 18 à 22 fois supérieure à R1.                 la fréquence géné-
                                                    rée, on pourra utili-                                         R1    C1    R6
Pour calculer la valeur en hertz de la              ser la formule sui-          R5           IC1-A      C2            DS1
                                                                                                                                   IC1-B
                                                                                                                              5
fréquence générée à l’aide d’un étage               vante :                                   3
                                                                                                   8
                                                                                                                                           7
oscillateur alimenté par une tension                                                                          1
unique, on peut utiliser la formule sui-                  hertz =                                                      R3
                                                                                                                              6
vante :                                                 731 000 :                             2
                                                                                                   4                                       SORTIE
                                                      (C1 nanofarad              R4    C3
                                                                                                                        C4   R7
              hertz =                                  x R3 kilohm)
714 285 : (C1 nanofarad x R1 kilohm)
                                                    On sait que tous
Pour calculer la valeur du condensa-                les condensateurs
teur en nanofarads, en connaissant la               et les résistances        R1 = 12 000 ohms (12 kΩ)
valeur de la fréquence et celle de la               ont toujours des          R2 = 8 200 ohms (8,2 kΩ)
résistance en kilohms, on utilisera la              tolérances et donc        R4, R5, R6 et R7 = 10 000 ohms (10 kΩ)
formule suivante :                                  que la valeur de la       C2 = 100 000 pF céramique (100 nF)
                                                    fréquence calculée        C3 et C4 = 10 microfarads électrolytique (10 µF)
         C1 nanofarad =                             est approximative.        DS1 = diode silicium
   714 285 : (R1 kilohm x hertz)
                                                                              Figure 188 : Pour alimenter le générateur d’ondes en
                                                    Si l’on connaît la        dents de scie par une tension unique, on devra ajouter
Pour calculer la valeur de la résistance            fréquence en hertz        au schéma de la figure 187 quatre résistances et deux
en kilohms en connaissant la valeur de              que l’on souhaite         condensateurs électrolytiques.
la fréquence et celle du condensateur               obtenir et la valeur

                                ELECTRONIQUE et Loisirs magazine       115    Cours d’Electronique – Deuxième niveau
                                                                       LE COURS


   15 V                                                                                15 V


                                                                 DS1                                                                      DS1


                                                                 R3                                                                       R3
  0V                                                                                    0V




  Figure 189 : Si, dans les schémas des figures 187 et                                 Figure 190 : Si on dirige la cathode de la diode DS1 vers
  188, on dirige la cathode de la diode DS1 vers IC1-B, on                             IC1-1A, on obtiendra, en sortie, une onde triangulaire
  obtiendra, en sortie, une onde triangulaire avec le côté                             inversée, c’est-à-dire avec le côté incliné dirigé vers la
  incliné dirigé vers la gauche.                                                       droite.



l’opérationnel IC1-B, on obtiendra                    L’entrée non-inverseuse de IC1-B,                   Pour calculer la valeur de la résistance
des ondes en dents de scie qui                        reliée à la masse sur le schéma de la               R1 et du condensateur C1 on peut uti-
auront le côté incliné dirigé vers la                 figure 188, est reliée sur ce schéma                liser les mêmes formules que celles
gauche (voir figure 189), tandis que                  à la jonction des deux résistances R6               utilisées pour l’alimentation double.
si l’on dirige la cathode vers la sor-                et R7 pour alimenter également cette
tie de IC1-A, on obtiendra des ondes                  entrée à l’aide d’une tension qui soit
en dents de scie qui auront le côté                   égale à la moitié de celle d’alimenta-              Redresseurs
incliné dirigé vers la droite (voir figure            tion.                                               de signaux alternatifs
190).
                                                      Pour diminuer de moitié cette tension,              Pour obtenir une tension continue à
                                                      il est nécessaire d’utiliser deux valeurs           partir d’une tension alternative, on uti-
Générateur d’ondes                                    ohmiques identiques, et pour cela, on               lise normalement une diode au silicium
en dents de scie alimenté                             conseille donc d’utiliser soit pour R4 et           ou bien un pont de redressement com-
par une tension unique                                R5, soit pour R6 et R7 des résistances              posé de 4 diodes, si on doit redresser
                                                      de 10 000 ohms.                                     les deux demi-ondes.
Si on veut alimenter l’étage oscilla-
teur en dents de scie de la figure 187                Si l’on dirige sur ce circuit la cathode            Comme nous vous l’avons expliqué
avec une tension unique, on devra                     de la diode DS1 vers l’entrée de l’opé-             dans la leçon sur les diodes, une
modifier le schéma comme sur la                       rationnel IC1-B, on obtiendra en sortie             diode silicium commence à redresser
figure 188.                                           des ondes en dents de scie qui auront               une tension alternative seulement lors-
                                                      le côté incliné dirigé vers la gauche               qu’elle dépasse 0,7 volt.
Comme vous pouvez le remarquer, la                    (voir figure 189).
broche d’entrée inverseuse de IC1-A                                                                       Une chute de 0,7 volt sur un étage
n’est pas reliée à la masse, mais sur                 Si l’on dirige la cathode de la diode               d’alimentation ne crée aucun inconvé-
la jonction des deux résistances R5 et                DS1 vers la sortie de IC1-A, on obtien-             nient car la tension continue que l’on
R4, de façon à alimenter cette entrée                 dra des ondes en dents de scie qui                  obtiendra est toujours supérieure aux
avec une tension qui soit égale à la                  auront le côté incliné dirigé vers la               volts efficaces appliqués sur l’entrée.
moitié de celle d’alimentation.                       droite (voir figure 190).
                                                                                                          Lorsqu’il faut redresser des tensions
                                                                                                          ou des signaux HF de quelques milli-
                                                                                                          volts, il n’est pas possible d’utiliser
                                          12 V
                                                                                                          une diode car, en sortie, on n’obtien-
                                                                                                          dra aucune tension continue.
                                IC1              C2
                                                                          0             15


             Vin      C1              7
                                3                     DS1
                                                                         VOLTS
                                                                                                          On peut réaliser un circuit capable de
                                                 6
                                                                                                          redresser des tensions ou des signaux
                                2
                                                                                                          HF de quelques millivolts et avec une
                                      4                                                                   grande précision, à partir d’un amplifi-
                       R1
                                                 C3
                                                            R2          C4                                cateur opérationnel.


                                                                                                          Redresseur idéal alimenté
                                          12 V                                                            par une tension double

                                                                                                          Sur la figure 191, on trouve le schéma
  R1 = 100 000 ohms (100 kΩ)                          C2 et C3 = 100 000 pF (100 nF)                      d’un redresseur idéal qui redresse seu-
  R2 = 10 000 ohms (10 kΩ)                            C4 = 100 000 pF (100 nF)                            lement les demi-ondes positives.
  C1 = 220 000 pF (220 nF)                            DS1 = diode silicium

  Figure 191 : Schéma d’un redresseur idéal à alimenter à l’aide d’une tension                            Comme vous pouvez le remarquer, la
  double.                                                                                                 tension à redresser est appliquée sur
                                                                                                          l’entrée non-inverseuse “+”.

                            ELECTRONIQUE et Loisirs magazine                     116   Cours d’Electronique – Deuxième niveau
                                                                         LE COURS

                                          12 V
                                                      R2                                                                   15 V

                                IC1              C2                                            R1
                                      7
                                                                                                         IC1          C2
                                                                                                                                          0       15


                                3                     DS1                                     C1                7
                                                                  0       15          Vin                3
                                                 6                                                                           DS1
  Vin      C1         R1                                    C4                                                        6
                                                                                                                                         VOLTS


                                                                 VOLTS
                                2
                                      4               DS1                                                2
                                                 C3                                                             4
                                                                                               R2
            R3                                                                                                                     R3   C4




                                          12 V




  R1 et R2 = voir texte
  R3 = 10 000 ohms (10 kΩ)
  C1 = 220 000 pF (220 nF)                                                           R1 et R2 = 10 000 ohms (10 kΩ)
  C2 et C3 = 100 000 pF (100 nF)                                                     R3 = 10 000 ohms (10 kΩ)
  C4 = 100 000 pF (100 nF)                                                           C1 = 10 microfarads électrolytique (10 µF)
  DS1 et DS2 = diode silicium                                                        C2 et C4 = 100 000 pF (100 nF)
                                                                                     DS1 = diode silicium
  Figure 192 : En utilisant deux diodes reliées comme sur
  cette figure, on pourra amplifier la tension redressée en                          Figure 193 : Schéma d’un redresseur idéal alimenté par
  modifiant les valeurs des deux résistances R1 et R2.                               une tension unique.


Lorsqu’aucun signal n’est appliqué sur                      est représenté sur la figure 192. A la             Sur ce circuit également, la tension
l’entrée, on retrouve en sortie une ten-                    différence du premier, il utilise deux             à redresser est toujours appliquée
sion de 0 volt tandis qu’en présence                        diodes de redressement.                            sur l’entrée non-inverseuse. Mais,
d’un signal alternatif, sur la broche                                                                          comme vous pouvez le remarquer,
de sortie, on retrouve seulement des                        Dans ce second circuit, le signal                  cette entrée est polarisée à l’aide
demi-ondes positives dont l’amplitude                       redressé peut être amplifié si la valeur           d’une tension égale à la moitié de
est égale aux volts crête.                                  de la résistance R2 est supérieure à la            celle d’alimentation, par l’intermé-
                                                            valeur de la R1.                                   diaire des résistances R1 et R2 de
Donc, si une tension alternative de                                                                            10 000 ohms.
0,005 volt crête atteint l’entrée, on                       En fait, le gain de cet étage se calcule
retrouvera alors sur celle-ci une tension                   avec :                                             Donc, si l’opérationnel est alimenté à
continue positive de 0,005 volt.                                                                               l’aide d’une tension de 12 volts, sur
                                                                         gain = R2 : R1                        l’entrée non-inverseuse, on retrouve
Un autre redresseur idéal qui redresse                                                                         une tension de 6 volts.
seulement les demi-ondes positives,                         Donc, si l’on ne veut pas amplifier le
                                                            gain, on devra utiliser pour R1 ainsi              Si l’opérationnel est alimenté à l’aide
                                                                                que pour R2 deux               d’une tension de 15 volts, sur l’entrée
                                                                                valeurs ohmiques               non-inverseuse, on retrouve une ten-
                                                                                identiques.                    sion de 7,5 volts.
                                                 15 V

                                                      R2
                                                                                 Si, dans les circuits         Si on alimente le redresseur à l’aide
                      R3
                                IC1              C3
                                                                                 des figures 191 et            d’une tension unique et en l’absence
                                3
                                      7               DS1                        192, on inverse la            de signal sur l’entrée, on ne retrouve
           C1                                    6
                                                                  0       15
                                                                                 polarité des diodes,          pas une tension de 0 volt en sortie
  Vin            R1                                         C4
                                                                 VOLTS
                                                                                 au lieu de redres-            mais une tension positive égale à la
                                2
                                      4               DS1                        ser les demi-ondes            moitié de celle d’alimentation.
                                                                                 positives, on redres-
          C2               R4                                                    sera les négatives.           En présence d’un signal alternatif
                                                                                                               sur la broche de sor tie, on retrouve
                                                                                                               les demi-ondes positives, dont l’am-
                                                                                 Redresseur                    plitude est égale à la moitié des
                                                                                 idéal alimenté                volts d’alimentation plus les volts
                                                                                 par une                       redressés.
  R1 et R2 = voir texte                                                          tension unique
  R3 et R4 = 10 000 ohms (10 kΩ)                                                                               Donc, si on alimente le circuit à l’aide
  C1 et C2 = 10 microfarads électrolytique (10 µF)                               Sur la figure 193,            d’une tension unique de 15 volts
  C3 et C4 = 100 000 pF (100 nF)                                                 vous pouvez voir              et que l’on applique un signal alter-
  DS1 et DS2 = diodes silicium                                                   le schéma d’un                natif de 0,005 volt crête/crête, on
  Figure 194 : En utilisant deux diodes au lieu d’une seule,                     redresseur idéal              retrouve en sor tie une tension conti-
  on pourra amplifier la valeur de la tension redressée en                       qui redresse seu-             nue positive de 7,5 volts plus 0,005
  modifiant la valeur des deux résistances R1 et R2.                             lement les demi-              volt redressé.
                                                                                 ondes positives.                                    A suivre NNN

                                 ELECTRONIQUE et Loisirs magazine              117   Cours d’Electronique – Deuxième niveau
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                                                            LE COURS


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Le




                d’électronique
                et ses formules
                                     Nombreux sont les jeunes sortant d’une école d’électronique qui nous font observer que
                                     les formules que nous indiquons dans les leçons ne correspondent pas à celles qu’ils
                                     ont rencontrées dans leurs livres. Ce à quoi nous répliquons que les résultats obtenus
                                     à l’aide de nos formules sont identiques à ceux qu’ils obtiendraient avec des formules
                                     fort complexes, mais que nous les avons simplifiées pour faciliter la tâche de ceux qui
                                     n’ont jamais pu digérer le calcul à l’école !




     A propos de notre façon d’écrire les formules                        Nous, qui sommes depuis longtemps habitués aux erreurs
                                                                          les plus communément commises par les débutants, nous
     Dans ce cours, nous nous adressons principalement à                  savons que cette façon d’écrire, parfaitement illogique,
     des débutants voulant acquérir d’excellentes connaissan-             génère souvent des méprises.
     ces mais n’ayant généralement pas obtenu le diplôme de
     docteur es mathématiques ! Donc, pour attiser la curio-              En effet, on est tenté d’utiliser l’équivalence comme s’il
     sité qu’ils vouent à cette matière si …complexe, nous                s’agissait d’une formule et on fait l’opération sur la valeur
     avons besoin d’exemples élémentaires et de formules                  numérique plutôt que sur l’unité de mesure ou sur ses mul-
     qui peuvent s’ef fectuer sur des calculatrices de poche              tiples. Ce qui donne :
     ordinaires.
                                                                                         1 kilohm : 1 000 = 0,001 ohm
     Par ailleurs, ce n’est parce que, durant des années, les                           1 ohm x 1 000 = 1 000 kilohms
     formules ont été écrites d’une certaine façon, à nos yeux
     pas vraiment logique, qu’il ne faut pas les écrire plus sim-         Pour éviter ce type d’erreur, nous avons pensé indiquer direc-
     plement ! Si nous restions dans cette optique rétrograde,            tement les formules :
     nous en serions encore à la bougie !
                                                                                             ohm : 1 000 = kilohm
                                                                                             kilohm x 1 000 = ohm
     Nos formules sont exactes !
                                                                          Avec ce système, on peut immédiatement convertir la valeur
     Ouvrons une parenthèse sur les formules que nous avons               numérique connue d’une résistance en la définissant ensuite
     pour habitude d’utiliser afin de démontrer qu’elles ne sont          grâce à l’unité de mesure ou à ses multiples et sous-multiples.
     pas erronées comme certains passéistes l’affirment.
                                                                          Donnons un exemple : avec nos formules, le débutant qui
     Prenons, par exemple, les résistances. On trouve générale-           souhaite savoir à combien d’ohms équivalent 1,2 kilohm,
     ment dans les manuels les équivalences :                             devra seulement faire :

                       ohm = kilohm : 1 000                                             1,2 (kΩ) x 1 000 = 1 200 ohms
                       kilohm = ohm x 1 000
                                                                          Si, par exemple, il voulait savoir à combien de kilohms équi-
     Pour indiquer que :                                                  valent 47 000 ohms, il devrait seulement effectuer cette
                                                                          simple opération :
                 ohm est un millième de kilohm,
            kilohm est mille fois plus grand que l’ohm.                                47 000 (Ω) : 1 000 = 47 kilohms

                             ELECTRONIQUE et Loisirs magazine       118    Cours d’Electronique – Deuxième niveau
                                                               LE COURS

Au lieu de cela, il nous est fréquemment arrivé de voir                       Afin d’éviter cette éventuelle erreur et, surtout pour éviter
les débutants se tromper, car ils utilisaient les équiva-                     d’avoir à effectuer un calcul compliqué, nous avons simplifié
lences indiquées dans les manuels comme des formules                          cette formule :
à appliquer aux chif fres, obtenant des résultats contra-
dictoires comme :                                                                     hertz = 159 000 : (R kilohm x C nanofarad)

             1,2 (kΩ) : 1 000 = 0,0012 ohm                                    Après avoir converti les ohms en kilohms et les picofarads
        47 000 (Ω) x 1 000 = 47 000 000 kilohms                               en nanofarads, on obtiendra :

Il va de soi que tout ce que l’on vient de dire à propos des                                159 000 : ( 10 x 15) = 1 060 Hz
valeurs de résistance vaut également pour les valeurs de capa-
cité, de fréquence et de toutes les autres unités de mesure.                  Certains se demanderont certainement comment on a pro-
                                                                              cédé pour obtenir le chiffre fixe de 159 000.
Une autre réflexion nous est également faite, cette fois de la
part de certains jeunes ingénieurs, au sujet de notre façon                   C’est très simple. Ce chiffre nous est donné dès la première
de “remanier” les formules. Ils voudraient qu’on les publie                   partie de la formule, c’est-à-dire :
telles qu’elles sont écrites dans les manuels, sans penser
que, de cette manière, avec des formules mathématiques                                         1 : (2 x 3,14) = 0,159235
incompréhensibles, on rebuterait nombre de débutants.
                                                                              Pour réduire le nombre de 0, on a utilisé des multiples et
Il est à peine croyable que de jeunes gens, mêmes après                       des sous-multiples des unités de mesure, c’est-à-dire que
avoir suivi de longues études, soient, en si peu de temps,                    l’on a converti les ohms en kilohms et les picofarads en
devenus aussi rétrogrades et veulent se cantonner dans un                     nanofarads.
redoutable immobilisme ! Ils ont tôt oublié combien il a fallu                Donc, pour garder les bonnes valeurs dans le calcul, on doit
d’efforts pour que les médecins parlent enfin notre langue                    de la même manière multiplier le nombre fixe, c’est-à-dire
en lieu et place du latin ! Ils ont aussi oublié que le père de               0,159235 par 1 000 000. On obtient ainsi 159 235.
la médecine moderne se nommait Ambroise Paré, qu’il était
totalement autodidacte, par faitement ignorant dudit latin !
Ne parlons pas de notre domaine de passion, il vous revien-
dra en mémoire cent noms de découvreurs n’ayant jamais
usé leurs fonds de culotte sur aucun banc de faculté !                                             1
                                                                                                                   = 1 060 Hz
                                                                                   2 x 3,14 x 10 000 x 0,000000015
Les voies de la recherche, en électronique comme ailleurs, ne
sont accessibles qu’aux personnes à l’esprit large, progressistes
et ouvertes, toujours prêtes à aller de l’avant et, surtout, toujours                      159 000
prêtes à abandonner les dogmes pour la simplification.                                                           = 1 060 Hz
                                                                                        ( 10 x 15 )
Pour éclaircir notre position, prenons par exemple la formule
(une des moins compliquées) qui ser t à calculer la valeur
d’une fréquence dont on connaît la R et la C :
                                                                              Nous avons ensuite arrondi ce chiffre à 159 000 car, en
                                 1                                            plus d’être plus simple à se rappeler, les “235” n’ont, en
                         F = ________                                         fait, qu’une incidence totalement négligeable.
                               2πRC
                                                                              La différence obtenue, 1 060 Hz au lieu de 1 061 Hz est,
F est la valeur de la fréquence en hertz                                      en fait, complètement dérisoire, car sur 1 000 Hz, il existe
R est la valeur de la résistance exprimée en ohm                              une différence de 1 Hz. (Quel commerçant vous demande-
C est la valeur de la capacité exprimée en Farad                              rait 1 001 ?)
π est le nombre fixe 3,14
                                                                              Cette différence est insignifiante, car il faut considérer le fait
Bien que cette formule puisse sembler très simple, essayez                    que toutes les résistances, et en général tous les composants
de demander à un débutant quelle fréquence en hertz on                        utilisés, ont une tolérance de 5 % en plus ou en moins.
obtient avec une résistance de 10 000 ohms et un conden-
sateur de 15 000 picofarads.                                                  C’est pourquoi on obtiendra, après avoir monté l’hypothéti-
                                                                              que circuit auquel s’appliquerait cette formule, ni 1 060 Hz,
Vous constaterez vous aussi, tout comme nous avons pu le                      ni même 1 061 Hz, mais une fréquence comprise entre
constater nous-mêmes, qu’un débutant aura déjà des diffi-                     1 010 Hz et 1 110 Hz !
cultés à convertir des picofarads en farads et, en admettant
qu’il ne se trompe pas, il devra ensuite se confronter à ces                  Le même principe s’applique à n’importe quoi. Entre la
chiffres :                                                                    valeur théorique et la valeur réelle, il y a toujours une marge,
                                                                              plus que largement suffisante, pour autoriser la simplifica-
                         1                                                    tion sans modifier en quoi que ce soit le résultat réel final.
      ________________________________________ = 1 061 Hz
      2 x 3,14 x 10 000 x 0,000000015                                                        James PIERRAT, Directeur de publication,
                                                                               traduit et adapté d’un texte de Giuseppe MONTUSCHI*
S’il devait se tromper, ne serait-ce que d’un seul 0, il
se retrouverait avec une fréquence qui aurait une valeur                      Pour mémoire, nous vous rappelons que l‘auteur, qui nous a offert
erronée.                                                                      ce cours pour vous, à plus de 70 ans !


                           ELECTRONIQUE et Loisirs magazine             119    Cours d’Electronique – Deuxième niveau
          -1
                                                             LE COURS

        33
     N 2
       N°
  ÇO AU
LE IVE
N




                                                   Apprendre
              l’électronique
                             en partant de zéro
                         Les amplificateurs opérationnels
                                    Les filtres
                                        (1)

                ’il vous est arrivé de con-
                sulter des revues autres            Dans cette leçon en deux parties, nous avons regroupé tous les schémas
                qu’ELM, vous vous serez             et les formules nécessaires pour réaliser, à l’aide d’amplificateurs
                aperçu qu’on n’y précise
                                                    opérationnels, des filtres passe-bas, passe-haut, passe-bande et “notch”
                généralement pas si l’ali-
                mentation doit être double          efficaces. Etant donné que l’atténuation de ces filtres est exprimée en dB
    ou simple et, en admettant qu’il soit           par octave, nous vous expliquerons ce que cela signifie et, également, de
    sous-entendu qu’elle doit être double,          combien est réduite l’amplitude du signal appliqué à leur entrée. Il est
    presque personne ne prend la peine              possible que cette leçon soit ressentie, surtout par les débutants, comme
    d’expliquer quelles modifications il faut
    apporter au circuit pour pouvoir l’ali-
                                                    un peu fastidieuse mais, cependant, ne la négligez pas car, si un jour vous
    menter avec une tension simple.                 deviez concevoir ou réparer un filtre quelconque, vous vous féliciteriez
                                                    d’avoir pris le temps de l’étudier.
    De même, pour réaliser des filtres d’or-
    dre supérieur, il est conseillé de met-
    tre en série plusieurs filtres d’ordre infé-
    rieur, mais nul ne précise que, dans ce
    cas, il est absolument nécessaire de
    modifier le gain de chaque étage afin
    d’éviter que le filtre n’auto-oscille. Cette
    leçon répondra à toutes les questions
    que vous pourriez vous poser à ce sujet
    et à propos de beaucoup d’autres.

    Filtres passe-bas, passe-haut,
    passe-bande et “notch”

    Les filtres sont principalement utilisés
    pour atténuer les fréquences audio.
    Cette affirmation pourra paraître para-
    doxale à quelques-uns d’entre vous :
    en effet, pourquoi atténuer les fréquen-
    ces alors qu’en Hi-Fi on cherche plutôt
    à amplifier de façon linéaire, de 20 Hz
    à 30 kHz ?

    Justement, en Hi-Fi, il peut être très
    utile de disposer d’un étage amplifiant
    seulement les fréquences basses avant
    de les envoyer vers les haut-parleurs

                               ELECTRONIQUE et Loisirs magazine    120   Cours d’Electronique – Deuxième niveau
                                                           LE COURS

“woofers”, d’un deuxième étage ampli-        de parler, l’atténuation est toujours              Les octaves supérieures correspondant
fiant seulement les fréquences moyen-        spécifiée par un nombre suivi de dB                à une fréquence de 1 000 Hz sont :
nes avant de les envoyer vers les haut-      par octave.
parleurs “mid-range” et d’un troisième                                                          1e octave supérieure = 1000 x 2 = 2 kHz
étage amplifiant seulement les fréquen-       6 dB    par octave (est un filtre de 1er ordre)   2e octave supérieure = 1000 x 4 = 4 kHz
ces aiguës avant de les envoyer vers les      12 dB   par octave (est un filtre de 2e ordre)    3e octave supérieure = 1000 x 8 = 8 kHz
haut-parleurs “tweeters”.                     18 dB   par octave (est un filtre de 3e ordre)    4e octave supérieure = 1000 x 16 = 16 kHz
                                              24 dB   par octave (est un filtre de 4e ordre)
Note importante : Nous vous rappe-            30 dB   par octave (est un filtre de 5e ordre)    Les octaves inférieures correspondant
lons que les filtres actifs ne sont pas       36 dB   par octave (est un filtre de 6e ordre)    à une fréquence de 1 000 Hz sont :
montés entre l’amplificateur et les           42 dB   par octave (est un filtre de 7e ordre)
enceintes acoustiques, mais directe-                                                            1e octave inférieure = 1 000 : 2 = 500 Hz
ment à l’entrée de l’étage amplifica-        En comparant ces données, un débu-                 2e octave inférieure = 1 000 : 4 = 250 Hz
teur. Les filtres à monter entre la sortie   tant peut saisir qu’un filtre de deuxième          3e octave inférieure = 1 000 : 8 = 125 Hz
de l’étage amplificateur et les encein-      ordre, atténuant de 12 dB, est plus effi-          4e octave inférieure = 1 000 : 16 = 62,5 Hz
tes acoustiques sont des filtres pas-        cace qu’un filtre de troisième ordre atté-
sifs constitués par des selfs et des         nuant de 6 dB, mais il ne peut savoir              Un filtre passe-bas de 12 dB par octave
condensateurs (on les nomme filtres          de combien de fois sera atténué un                 calculé sur les 1 000 Hz atténuera les
“crossover”, voir leçon numéro 6).           signal appliqué à l’entrée du filtre. Afin         1 000 Hz de 1,41 fois et toutes les
                                             de vous aider, nous avons reporté dans             octaves supérieures de 3,98 fois.
Mais, même en dehors de la Hi-Fi, il         le Tableau 5 la valeur par laquelle il faut
existe des appareils qui ne fonctionne-      diviser la tension appliquée à l’entrée            Par conséquent, si nous appliquons
raient pas comme il faut sans filtre.        pour connaître l’amplitude du signal pré-          à l’entrée du filtre un signal de 6,50
Par exemple, les sismographes, devant        levé à sa sortie.                                  V, nous prélèverons à sa sortie les
amplifier seulement les fréquences sub-                                                         1 000 Hz et les octaves supérieures
                                             TABLEAU 5
soniques, ont besoin d’étages éliminant                                                         avec les valeurs de tension suivantes :
                                              valeur en dB            atténuation sur
toutes les fréquences audio afin d’éviter
                                                                      valeur de tension
qu’elles ne les perturbent.                                                                        1 kHz    6,50 : 1,41 = 4,60 V
                                                3 dB       volts :              1,41
                                                                                                   2 kHz    4,60 : 3,98 = 1,15 V
                                                6 dB       volts :              1,99
Même chose pour les antivols à ultra-                                                              4 kHz    1,15 : 3,98 = 0,29 V
                                                12 dB      volts :              3,98
sons : ils doivent amplifier seulement                                                             8 kHz    0,29 : 3,98 = 0,07 V
                                                18 dB      volts :              7,94
les fréquences ultrasoniques et donc                                                              16 kHz    0,07 : 3,98 = 0,01 V
                                                24 dB      volts :            15,85
disposer de filtres éliminant toutes les
                                                30 dB      volts :            31,62
fréquences qui pourraient provoquer un                                                          Un filtre passe-bas de 12 dB par
                                                36 dB      volts :            63,10
déclenchement intempestif.                                                                      octave, toujours calculé sur les
                                             Dans le Tableau nous avons inséré aussi            1 000 Hz, atténuera les 1000 Hz de
Il existe en outre des télécommandes         3 dB car tous les filtres atténuent la fré-        1,41 fois et toutes les octaves infé-
excitant un relais seulement quand on        quence de coupure de 3 dB.                         rieures de 3,98 fois. Si par consé-
leur envoie une fréquence précise et le                                                         quent nous appliquons à l’entrée du
relaxant quand elles en reçoivent une        Ce que signifie octave                             filtre un signal de 6,50 V, nous pré-
différente.                                  Le terme “octave” définit les fréquen-             lèverons à sa sor tie les 1 000 Hz
                                             ces multiples et sous-multiples de la              et les octaves inférieures avec ces
En fait, si nous n’avions pas ces fil-       fréquence de référence utilisée pour le            valeurs de tension :
tres, beaucoup d’appareils électroni-        calcul du filtre. Les fréquences multi-
ques, même très courants, ne pour-           ples ou octaves supérieures sont mul-                 1 kHz    6,50 : 1,41 = 4,60 V
raient fonctionner.                          tipliées par 2, 4, 8, 16, 32, etc. Les              500 Hz     4,60 : 3,98 = 1,15 V
                                             fréquences sous-multiples ou octaves                250 Hz     1,15 : 3,98 = 0,29 V
Atténuation en dB par octave                 inférieures sont divisées par 2, 4, 8,              125 Hz     0,29 : 3,98 = 0,07 V
Pour tous les filtres dont nous venons       16, 32, etc.                                        62,5 Hz    0,07 : 3,98 = 0,01 V
               32,69
               36,68
               41,20
               43,64
               48,98
               55,00
               61,73
               65,38
               73,36
               82,40
               87,28
               97,96




            1.046,08
            1.173,76
            1.318,40
            1.396,48
            1.567,36
            1.760,00
            1.975,36
            2.092,16
            2.347,52
            2.636,80
            2.792,96
            3.134,72
            3.520,00
            3.950,72
              110,00
              123,46
              130,76
              146,72
              164,80
              174,56
              195,92
              220,00
              246,92
              261,52
              293,44
              329,60
              349,12
              391,84
              440,00
              493,84
              523,04
              586,88
              659,20
              698,24
              783,68
              880,00
              987,68
            SOL




            SOL




            SOL




            SOL




            SOL




            SOL




            SOL
            DO




            DO




            DO




            DO




            DO




            DO




            DO
            MI




            MI




            MI




            MI




            MI




            MI




            MI
            RE



            LA


            RE



            LA


            RE



            LA


            RE



            LA


            RE



            LA


            RE



            LA


            RE



            LA
            FA




            FA




            FA




            FA




            FA




            FA




            FA
            SI




            SI




            SI




            SI




            SI




            SI




            SI




  Figure 199 : Pour évaluer les dB d’atténuation, on prend comme référence les “octaves”, c’est-à-dire les multiples et les
  sous-multiples de la fréquence de base. Si nous prenons la fréquence 440 Hz de la note LA, les octaves supérieures sont des
  notes LA dont les fréquences sont de 880, 1 760, 3 520 Hz et les octaves inférieures sont des notes LA dont les fréquences
  sont de 220, 110, 55 Hz.



                          ELECTRONIQUE et Loisirs magazine        121    Cours d’Electronique – Deuxième niveau
                                                                                  LE COURS

Si le filtre était de troisième ordre et
                                                                                            1 kHz 2 kHz 4 kHz                               8 kHz                             16 kHz
atténuait donc de 18 dB par octave,
                                                                    0 dB
nous prélèverions à sa sortie un signal
inférieur car nous devrions diviser cha-                           -3 dB                                                                                                                   Figure 200 : Un filtre passe-
                                                                                                                                                          PASSE BAS                        bas avec une fréquence de
que octave inférieure par 7,94 fois.                               -6 dB
                                                                                                                                                                                           coupure de 1 000 Hz et une
                                                                   -9 dB
                                                                                                                                                                                           atténuation de 6 dB par oc-
Filtre passe-bas                                               -12 dB                                                                                                                      tave atténue de 6 dB la fré-
Le filtre passe-bas est celui qui laisse                                                                                                                                                   quence de 2 kHz, de 12 dB




                                                Atténuation
                                                               -15 dB
passer sans aucune atténuation toutes                                                                                                                                                      la fréquence de 4 kHz et de
                                                               -18 dB




                                                                                                                                                 6d
les fréquences inférieures à celle pour                                                                                                                                                    18 dB la fréquence de 8 kHz.




                                                                                                                                                     Bx
                                                                                                                            12 d
laquelle il a été calculé et atténue tou-                      -21 dB                                                                                                                      Un filtre passe-bas avec une




                                                                                                                                                          oc
                                                                                                                   1 8 dB




                                                                                                                                                          tav
                                                                                                                                 B
                                                                                                                                                                                           atténuation de 12 dB par




                                                                                                                                 x oc
tes les fréquences supérieures. La fré-




                                                                                                                                                             e
                                                               -24 dB
                                                                                                                                                                                           octave atténue de 12 dB la




                                                                                                                     x octa
                                                                                                     24 dB x




                                                                                                                                      tave
quence choisie pour le calcul du filtre                        -27 dB                                                                                                                      fréquence de 2 kHz, de 24




                                                                                                                          ve
est la fréquence de coupure et c’est à                         -30 dB                                                                                                                      dB la fréquence de 4 kHz et




                                                                                                        octave
partir de cette valeur que le filtre com-                                                                                                                                                  de 36 dB les 8 kHz.
                                                               -33 dB
mence à atténuer toutes les octaves
                                                               -36 dB
supérieures.                                                                Fréquence       1 kHz                                             10 kHz                          20 kHz


La figure 200 donne le graphique d’un                                           62,5 Hz                     125 Hz 250 Hz 500 Hz 1 kHz
filtre passe-bas de 12 dB par octave                               0 dB
avec une fréquence de coupure de                               -3 dB
1 kHz. Comme vous le voyez, toutes                                                        PASSE HAUT
                                                               -6 dB
les fréquences inférieures à 1 kHz pas-
                                                               -9 dB
sent sans aucune atténuation, alors                                                                                                                                                        Figure 201 : Un filtre passe-
que les octaves supérieures subissent                         -12 dB                                                                                                                       haut avec une fréquence de
une atténuation de 12 dB par octave.                                                                                                                                                       coupure de 1 000 Hz et une
                                                Atténuation




                                                              -15 dB
                                                                                                                                                                                           atténuation de 6 dB par oc-
                                                              -18 dB                                                                                                                       tave atténue de 6 dB la fré-
                                                                                                      e
                                                                                                    tav




Filtre passe-haut
                                                                                                 oc




                                                              -21 dB                                                                                                                       quence de 500 Hz, de 24
                                                                                              Bx




Le filtre passe-haut est celui qui laisse                                                                                                                                                  dB la fréquence de 250 Hz
                                                                                            6d




                                                                                                                            ve




                                                              -24 dB
passer sans aucune atténuation toutes
                                                                                                                         octa




                                                                                                                                                                                           et de 36 dB les 125 Hz.
                                                                                                                                      ve

                                                                                                                                                 octave
                                                                                                                                  x octa




les fréquences supérieures à celle pour                       -27 dB
                                                                                                                    Bx
                                                                                                               12 d




laquelle il a été taillé et atténue tou-                      -30 dB
                                                                                                                                               24 dB x
                                                                                                                                18 dB




tes les fréquences inférieures. La fré-                       -33 dB
quence choisie pour le calcul du filtre                       -36 dB
est la fréquence de coupure et c’est à                                    0 Hz                        100 Hz                                  500 Hz 1 kHz            Fréquence

partir de cette valeur que le filtre com-
mence à atténuer toutes les fréquen-
ces inférieures.                             sent sans aucune atténuation, alors                                                                                     une étroite bande de fréquence. Pour
                                             que les octaves inférieures subissent                                                                                   calculer ce filtre, il faut déterminer les
La figure 201 donne le graphique d’un        une atténuation de 12 dB par octave.                                                                                    valeurs de la fréquence de coupure
filtre passe-haut de 12 dB par octave                                                                                                                                inférieure et de la fréquence de cou-
avec une fréquence de coupure de             Filtre passe-bande                                                                                                      pure supérieure. Ce filtre laisse passer
1 kHz. Comme vous le voyez, toutes           Le filtre passe-bande est celui qui                                                                                     sans aucune atténuation toutes les fré-
les fréquences supérieures à 1 kHz pas-      laisse passer sans aucune atténuation                                                                                   quences comprises entre la fréquence


                                                               1 000 Hz                                   2 000 Hz                                                   4 000 Hz                          8 000 Hz
                                                                 4,6 V                                      2,31 V                                                    1,16 V                            0,58 V
                                                                        2   3     4                                  2      3     4                                       2    3   4                        2   3   4
                                                                    1                                          1                                                      1                                 1
                                                               0                      5                 0                               5                        0                     5           0                    5

           1 000 Hz       Filtre passe-bas                              VOLT                                        VOLT                                                  VOLT                              VOLT
             6,5 V            1er ordre
                           6 dB x octave

  Figure 202 : Si à l’entrée d’un filtre passe-bas de 6 dB par octave calculé pour 1 000 Hz nous appliquons un signal de 6,5 V, la
  fréquence de 1 000 Hz sortira avec une amplitude de 4,6 V, la première octave de 2 kHz avec une amplitude de 2,31 V, la deuxième
  octave de 4 kHz avec une amplitude de 1,16 V et la troisième octave de 8 kHz avec une amplitude de 0,58 V.

                                                               1 000 Hz                                   2 000 Hz                                                   4 000 Hz                          8 000 Hz
                                                                 4,6 V                                      1,15 V                                                    0,29 V                            0,07 V
                                                                        2   3    4                                   2      3    4                                        2    3   4                        2   3   4
                                                                    1                                          1                                                      1                                 1
                          Filtre passe-bas                     0                      5                 0                               5                        0                     5           0                    5

           1 000 Hz            2e ordre                                 VOLT                                        VOLT                                                  VOLT                              VOLT
             6,5 V         12 dB x octave


  Figure 203 : Si à l’entrée d’un filtre passe-bas de 12 dB par octave calculé pour 1 000 Hz nous appliquons un signal de 6,5 V,
  la fréquence de 1 000 Hz sortira avec une amplitude de 4,6 V, la première octave de 2 kHz avec une amplitude de 1,15 V, la
  deuxième octave de 4 kHz avec une amplitude de 0,29 V et la troisième octave de 8 kHz avec une amplitude de 0,07 V.


                         ELECTRONIQUE et Loisirs magazine                                 122        Cours d’Electronique – Deuxième niveau
                                                                                    LE COURS

                                                        1 000 Hz                                                  500 Hz                           250 Hz                          125 Hz
                                                          4,6 V                                                    2,31 V                          1,16 V                          0,58 V
                                                                        2       3       4                             2   3   4                        2   3   4                       2   3   4
                                                                1                                                 1                                1                               1
                                                        0                                       5             0                   5            0                   5           0                   5

           1 000 Hz       Filtre passe-haut                         VOLT                                              VOLT                             VOLT                            VOLT
             6,5 V             1er ordre
                            6 dB x octave


  Figure 204 : Si à l’entrée d’un filtre passe-haut de 6 dB par octave calculé pour 1 000 Hz nous appliquons un signal de 6,5 V,
  la fréquence de 1 000 Hz sortira avec une amplitude de 4,6 V, la première octave de 500 Hz avec une amplitude de 2,31 V, la
  deuxième octave de 250 Hz avec une amplitude de 1,16 V et la troisième octave de 125 Hz avec une amplitude de 0,58 V.

                                                        1 000 Hz                                                  500 Hz                           250 Hz                          125 Hz
                                                          4,6 V                                                    1,15 V                          0,29 V                          0,07 V
                                                                    2       3       4                                 2   3   4                        2   3   4                       2   3   4
                                                            1                                                     1                                1                               1
                          Filtre passe-haut         0                                       5                0                    5            0                   5           0                   5

           1 000 Hz            2e ordre                             VOLT                                              VOLT                             VOLT                            VOLT
             6,5 V         12 dB x octave


  Figure 205 : Si à l’entrée d’un filtre passe-haut de 12 dB par octave calculé pour 1 000 Hz nous appliquons un signal de
  6,5 V, la fréquence de 1 000 Hz sortira avec une amplitude de 4,6 V, la première octave de 500 Hz avec une amplitude de
  1,15 V, la deuxième octave de 250 Hz avec une amplitude de 0,29 V et la troisième octave de 125 Hz avec une amplitude
  de 0,07 V.



de coupure inférieure et la fréquence
de coupure supérieure et atténue tou-
tes les autres fréquences.                     Atténuation                                           1 kHz 2 kHz                                                       Figure 206 : Les filtres pas-
                                                                                                                                                                       se-bande sont utilisés pour
La figure 202 donne le graphique d’un                                                                                                                                  laisser passer sans aucune
filtre passe-bande calculé pour 1 kHz           0 dB                                                                                                                   atténuation une étroite gam-
(fréquence de coupure inférieure) et                                                                                                                                   me de fréquences seule-
                                               -12 dB
                                                                                                                                                                       ment. Ici le graphique d’un
2 kHz (fréquence de coupure supé-                                                                                                                                      filtre laissant passer seule-
rieure). Comme vous le voyez, toutes           -24 dB
                                                                                                                                                                       ment la gamme de fréquen-
les fréquences comprises entre 1 kHz           -36 dB                                                                                                                  ces de 1 kHz à 2 kHz. Pour
et 2 kHz passent sans aucune atté-                                                                                                                                     réaliser ce filtre, nous con-
nuation, alors que les octaves inférieu-                                                                                                                               seillons les schémas des fi-
                                                   100 Hz                                            1 kHz                            10 kHz   Fréquence
res à 1 kHz et les octaves supérieu-                                                                                                                                   gures 213 et 216.
res à 2 kHz subissent une atténuation
notable.

Filtre “notch”                                 Atténuation                                           1 kHz                    5 kHz
                                                                                                                                                                       Figure 207 : S’il vous faut
Le filtre “notch” (ou “pointe de flèche”)                                                                                                                              des filtres passe-bande très
est celui qui élimine une fréquence indé-       0 dB
                                                                                                                                                                       larges, écartez les schémas
sirable et laisse passer sans aucune                                                                                                                                   des figures 213 et 216 et
atténuation toutes les autres fréquen-         -12 dB                                                                                                                  utilisez en revanche un filtre
ces. La figure 208 donne le graphique                                                                                                                                  passe-haut suivi d’un filtre
d’un filtre “notch” calculé pour 1 kHz.
                                               -24 dB                                                                                                                  passe-bas, comme le montre
                                                                                                                                                                       la figure 219. Ici le graphi-
Comme vous le voyez, seule la fréquence        -36 dB                                                                                                                  que d’un filtre passe-bande
de 1 kHz subit une atténuation notable.                                                                                                                                laissant passer la gamme de
                                                   100 Hz                                            1 kHz                            10 kHz   Fréquence               fréquences de 1 à 5 kHz.

Filtre passe-bande
de 1er ordre

Le filtre passe-bande de 1er ordre atté-       Atténuation
                                                                                                                                                                       Figure 208 : Les filtres
nue de 6 dB par octave seulement et                                                                                                                                    “notch” sont utilisés pour
il est constitué d’une résistance (R1)          0 dB                                                                                                                   atténuer seulement la fré-
et d’un condensateur (C1) reliés à l’en-                                                                                                                               quence choisie comme fré-
                                               -12 dB                                                                                                                  quence de coupure. Pour
trée non inverseuse + de l’amplifica-                                                                                                                                  réaliser ces filtres, nous con-
teur opérationnel IC1, comme on le voit        -24 dB                                                                                                                  seillons d’utiliser les sché-
figure 209.                                                                                                                                                            mas des figures 220 et 221.
                                               -36 dB
                                                                                                                                                                       Ici le graphique d’un filtre
Après avoir choisi les valeurs du con-                                                                                                                                 “notch” calculé pour la fré-
densateur et de la résistance, nous                100 Hz                                            1 kHz                            10 kHz   Fréquence               quence de 1 kHz.
pouvons calculer la fréquence de cou-
pure en utilisant la formule :

                         ELECTRONIQUE et Loisirs magazine                                           123      Cours d’Electronique – Deuxième niveau
                                                                          LE COURS

                                                    12 V

                                         IC1
                          R1                   7
                                           3                                                           159 000
                                                                                             Hz =
                                                           6                                         C1 nF x R1 k Ω

                                           2                                                           159 000
                                                                                         C1 nF =
                                               4                                                      R1 k Ω x Hz
                 ENTRÉE   C1                                     SORTIE
                                                                                                       159 000
                                                                                         R1 k Ω =
                                                                                                      C1 nF x Hz

                                                    12 V


  Figure 209 : Filtre passe-bas de 1er ordre alimenté avec une tension double symétrique. Ce filtre atténue de 3 dB la fréquence
  de coupure et de 6 dB toutes les octaves supérieures. Dans le texte, nous avons analysé un exemple permettant de calculer
  l’atténuation pour chaque octave.



                                                                                                         et une résistance de 15 kilohms et
                                                   15 V                                                  nous voulons connaître la valeur de la
            R2                 IC1                                                                       fréquence de coupure.
       C2           R1           3
                                     7                           Figure 210 : Si nous voulons ali-
                                                   C3
                                                                 menter le filtre passe-bas de la
                                               6
                                                                 figure 209 avec une tension sim-
                                                                                                                       Solution :
                                                                 ple, nous devons ajouter deux             159 000 : (10 nF x 15 kilohms) =
                                 2
                                     4                           résistances de 10 kilohms (R2                         1 060 Hz
  ENTRÉE    R3      C1                                  SORTIE
                                                                 et R3) et appliquer un conden-
                                                                 sateur électrolytique de 47 µF à        Exemple de calcul de la capacité
                                                                 l’entrée et un à la sortie.
                                                                                                         Nous voulons réaliser un filtre passe-
                                                                                                         bas avec une fréquence de coupure de
                                                                                                         400 Hz en utilisant une résistance de
                                                                                                         22 kilohms.
 hertz = 159 000 : (R1 kilohms x C1 nF)                             ohms : 1 000 = kilohms
                                                                       pF : 1 000 = nF                                  Solution :
Connaissant la fréquence de coupure                                                                       159 000 : (22 kilohms x 400) = 18 nF
du filtre et la capacité du condensateur                   Le filtre représenté figure 209 est ali-
C1 ou bien la valeur de la résistance                      menté par une tension double symé-            Si, à la place de la résistance de 22
R1, il est possible de calculer la valeur                  trique. Pour alimenter le filtre passe-       kilohms nous en utilisons une de 18
de l’autre composant en utilisant les                      bas avec une tension simple, nous             kilohms, nous devons augmenter la
formules suivantes :                                       devons modifier le schéma comme le            valeur du condensateur à :
                                                           montre la figure 210 : nous devons
 C1 nF = 159 000 : (R1 kilohms x Hertz)                    ajouter deux résistances de 10 kil-                         159 000 :
 R1 kilohms = 159 000 : (C1 nF x Hertz)                    ohms en série et deux condensateurs                (18 kilohms x 400) = 22 nF
                                                           électrolytiques, un en entrée et un en
Remarquez que la valeur de la résis-                       sor tie.                                      Exemple de calcul de la résistance
tance doit être exprimée en kilohms
et celle du condensateur en nF et, par                     Exemple de calcul de la fréquence             Nous voulons réaliser un filtre passe-
conséquent, si les valeurs de ces com-                                                                   bas avec une fréquence de coupure da
posants sont en ohms et en pF, il faut                     Nous avons réalisé un filtre passe-bas        600 Hz en utilisant un condensateur
d’abord les diviser par 1 000.                             en utilisant un condensateur de 10 nF         de 15 nF.



                                                   12 V

                                         IC1
                          C1                   7
                                           3                                                            159 000
                                                                                             Hz =
                                                           6                                         C1 nF x R1 k Ω

                                           2                                                           159 000
                                                                                         C1 nF =
                                               4                                                      R1 k Ω x Hz
                 ENTRÉE    R1                                    SORTIE
                                                                                                       159 000
                                                                                         R1 k Ω =
                                                                                                      C1 nF x Hz

                                                   12 V

  Figure 211 : Filtre passe-haut de 1er ordre alimenté avec une tension double symétrique. Ce filtre atténue de 3 dB la
  fréquence de coupure et de 6 dB les octaves inférieures. Dans le texte, nous avons donné un exemple permettant de calculer
  l’atténuation pour chaque octave.



                                ELECTRONIQUE et Loisirs magazine              124   Cours d’Electronique – Deuxième niveau
                                                                     LE COURS

                                                                                                                                 de 1 kHz (soit 1 000 Hz) en utilisant
                                         15 V
                                                                                                                                 une résistance de 47 kilohms.
             R2          IC1
                  C1           7                         Figure 212 : Si nous voulons ali-
                           3                C3
                                                         menter le filtre passe-haut de la                                                    Solution :
                                     6
                                                         figure 211 avec une tension sim-                                        159 000 : (47 kilohms x 1 000 Hz) =
                   R1                                    ple, nous devons ajouter deux
                           2                                                                                                                   3,38 nF
                               4                         résistances de 10 kilohms (R2
  ENTRÉE                                     SORTIE
                                                         et R3) et appliquer un condensa-                                        Comme la capacité du condensateur
             R3   C2                                     teur électrolytique de 10 µF à la
                                                         sortie (C3).                                                            n’est pas standard, nous pouvons
                                                                                                                                 utiliser un condensateur de 3,3 nF.
                                                                                                                                 Si, à la place de la résistance de
                                                                                                                                 47 kilohms nous en utilisons une de
                                                                                                                                 15 kilohms, nous pouvons utiliser un
              Solution :                         connectée à la jonction des deux résis-                                         condensateur de :
159 000 : (15 x 600) = 17,66 kilohms             tances de 10 kilohms.
                                                                                                                                   159 000 : (15 kilohms x 1 000 Hz) =
Soit une valeur standard de 18 kilohms.          Exemple de calcul de la fréquence                                                                10 nF
Mais nous pouvons aussi réduire la capa-
cité du condensateur à 12 nF afin d’obte-        Nous avons réalisé un filtre passe-haut                                         Exemple de calcul de la résistance
nir une valeur de résistance standard :          en utilisant un condensateur de 4,7 nF
                                                 et une résistance de 15 kilohms et                                              Nous voulons réaliser un filtre passe-
 159 000 : (15 x 600) = 22 kilohms               nous voulons connaître la valeur de la                                          haut avec une fréquence de coupure
                                                 fréquence de coupure.                                                           de 2 200 Hz (soit 2,2 kHz) en utilisant
                                                                                                                                 un condensateur de 4,7 nF.
Filtres                                                        Solution :
passe-haut de 1er ordre                                       159 000 :                                                                            Solution :
                                                  (4,7 nF x 15 kilohms) = 2,255 kHz                                                      159 000 : (4,7 nF x 2 200) =
Le filtre passe-haut de 1er ordre atté-                                                                                                      15,37 kilohms, soit
nue de 6 dB par octave seulement et              Comme le condensateur et la résistance                                               la valeur standard de 15 kilohms.
il se compose d’un condensateur (C1)             ont une tolérance, la fréquence de cou-
et d’une résistance (R1) reliés à l’en-          pure sera comprise entre 2,2 et 2,3 kHz.
trée non inverseuse + de l’amplifica-                                                                                            Filtres passe-bande avec
teur opérationnel IC1, comme on le voit          Exemple de calcul de                                                            un amplificateur opérationnel
figure 211.                                      la capacité du condensateur
                                                                                                                                 La figure 213 donne le schéma élec-
Après avoir choisi les valeurs du con-           Nous voulons réaliser un filtre passe-                                          trique d’un filtre passe-bande réalisé
densateur et de la résistance, nous pou-         haut avec une fréquence de coupure                                              avec un amplificateur opérationnel.
vons calculer la valeur de la fréquence
de coupure en utilisant la formule :
                                                                                                             12 V
             hertz = 159 000 :
           (R1 kilohms x C1 nF)
                                                                                          IC1                                              Figure 213 : Filtre passe-bande
                                                                                                     7
Connaissant la fréquence de coupure                             C1             R3           3                                              alimenté avec une tension dou-
du filtre et la capacité du condensateur                                                                             6                     ble symétrique. Avant de calculer
                                                                R1                                                                         les valeurs de C1, R3, R2 et R1,
C1 ou bien la valeur de la résistance
                                                                                            2                                              on doit déterminer la valeur de la
R1, il est possible de calculer la valeur                                  C1                        4
                                                                                                                                           bande passante (Bp), après quoi
de l’autre composant en utilisant la for-             ENTRÉE              R2                                                 SORTIE
                                                                                                                                           on doit calculer le facteur Q (voir
mule :                                                                                                                                     l’exemple du texte).

C1 nF = 159 000 : (R1 kilohms x Hz)
                                                                                                             12 V
R1 kilohms = 159 000 : (C1 nF x Hz)

Comme pour les précédentes, dans
cette formule aussi la valeur de la
résistance doit être exprimée en kil-                                                                                             15 V

ohms et celle du condensateur en nF.                                                                                                              Figure 214 : Si nous vou-
                                                                                                R4       IC1                                      lons alimenter le filtre pas-
Le filtre représenté figure 211 est ali-                             C1              R3                  3               7            C3
                                                                                                                                                  se-bande de la figure 213
menté avec une tension double symé-                        C2                                                                6                    avec une tension simple,
                                                                     R1
trique. Pour alimenter le filtre passe-                                                                                                           nous devons ajouter deux
haut avec une tension simple, nous                                                                       2               4                        résistances de 10 kilohms
                                                                                    C1
                                                                                                                                                  (R4 et R5) et appliquer les
devons le modifier comme le montre la                                                                                                 SORTIE
                                                      ENTRÉE                    R2                                                                condensateurs électrolyti-
figure 212 : nous devons ajouter deux                                                           R5                  C4                            ques de 10 µF à la sortie
résistances de 10 kilohms en série                                                                                                                (C2, C3 et C4).
et un condensateur électrolytique de
10 µF en sortie (C3). La résistance R1,
au lieu d’être reliée à la masse, est

                         ELECTRONIQUE et Loisirs magazine                       125       Cours d’Electronique – Deuxième niveau
                                                                              LE COURS

TABLEAU 6                                                                                                             2 400 : 600 = 4 facteur Q
  fréquence centrale de travail                                        capacité de C1 en nF
  de 100 Hz à            500 Hz                                        de     33 nF    à 120 nF                Nous pouvons alors choisir au hasard
  de 500 Hz à          1 000 Hz                                        de     10 nF    à     39 nF             la capacité du condensateur C1 en
  de 1 000 Hz à        5 000 Hz                                        de 3,9 nF       à     15 nF             nF. Afin d’éviter de choisir des valeurs
  de 5 000 Hz à 10 000 Hz                                              de 1,8 nF       à    5,6 nF             ne convenant pas, nous avons réalisé
                                                                                                               le Tableau 6 donnant les valeurs que
                                                                                                               nous conseillons d’utiliser : il met en
Ce filtre présente un inconvénient : il                           Le filtre représenté figure 213 est ali-     relation la valeur de C1 avec la fré-
est difficile de calculer les valeurs de                          menté avec une tension double symé-          quence centrale de travail du filtre.
ses résistances.                                                  trique. Pour alimenter le filtre passe-
                                                                  bande avec une tension simple, nous          Donc avec une fréquence centrale de
Normalement on établit a priori la                                devons modifier le schéma comme le           2 400 Hz nous pouvons choisir une
valeur des condensateurs C1, après                                montre la figure 214.                        capacité pour C1 comprise entre 3,9 nF
quoi on calcule la valeur de la résis-                                                                         et 15 nF. Plus faible sera la capacité
tance R3, puis de R2 et enfin de R1,                              Exemple de calcul                            de C1, plus forte sera la valeur des
en utilisant les formules :                                                                                    résistances. Si nous choisissons pour
                                                                  L’exemple que nous avons préparé             C1 une capacité de 12 nF, sachant que
      R3 kilohms = 318 000 :                                      vous aidera à comprendre comment             la valeur de Bp est de 600 Hz, nous
           (C1 nF x Bp)                                           procéder pour calculer la valeur des         pouvons calculer la valeur de R3 en uti-
      R2 kilohms = 159 000 :                                      résistances composant ce filtre.             lisant la formule :
       (Q x Q x 2 x C1 x Bp)                                      Nous voulons réaliser un filtre passe-
    R1 kilohms = R3 : (2 x gain)                                  bande laissant passer sans atténua-                    R3 kilohms = 318 000 :
                                                                  tion toutes les fréquences comprises                        (C1 nF x Bp)
On pourrait aussi commencer en choi-                              entre 2,1 kHz et 2,7 kHz (soit 2 100 et
sissant au hasard la valeur de R3 puis                            2 700 Hz) et il nous faut connaître la                 318 000 : (12 x 600) =
en calculant la valeur de C1 en nF avec                           valeur des résistances R3, R2 et R1.                       44,16 kilohms
la formule :
                                                                  Solution : Tout d’abord calculons la         Pour obtenir cette valeur, qui n’est pas
             C1 nF = 318 000 :                                    valeur de la bande passante Bp en            standard, mettons en série deux résis-
             (R3 kilohms x Bp)                                    soustrayant à la fréquence maximale la       tances de 22 kilohms.
                                                                  fréquence minimale
Toutes ces formules utilisent des                                                                              Nous pouvons maintenant calculer
valeurs notées Bp et Q, dont nous                                  2 700 - 2 100 = 600 Hz valeur Bp            aussi la valeur de R2 car nous savons
n’avons pas encore donné la signi-                                                                             que le facteur Q est 4, que la valeur
fication : Bp est la bande passante                               Puis calculons la valeur de la fréquence     de C1 est 12 nF et que la valeur de la
et cette valeur se calcule en sous-                               centrale en utilisant la formule :           bande passante Bp est 600 :
trayant à la valeur de la fréquence
maximale la valeur de la fréquence                                       (Fréquence maximale +                             R2 kilohms =
minimale, Q s’obtient en divisant la                                     Fréquence minimale) : 2                  159 000 : (Q x Q x 2 x C1 x Bp)
fréquence centrale du filtre par la
valeur de la bande passante. Dans                                 La fréquence centrale sera de :                159 000 : (4 x 4 x 2 x 12 x 600) =
le cas où vous ne vous en seriez                                                                                            0,69 kilohm
pas aperçu, dans cette formule aussi                                 (2 700 + 2 100) : 2 = 2 400 Hz
la valeur des résistances est en kil-                                                                          Comme cette valeur n’est pas stan-
ohms, celle des condensateurs en nF                               Enfin déterminons le facteur Q en divi-      dard, au lieu de 690 ohms prenons
et la fréquence est en Hz.                                        sant la fréquence centrale par Bp :          680 ohms, valeur normalisée.


                                        12 V
                          C1



                                               6    R2
                               8                                                                           159 000
                      7                                                                    Fréq. Hz =
                                                    C1                                                  R2 k Ω x C1 nF
                                               5

                 R2       IC1-A                                                            Fréq. centrale = (Fmax + Fmin) : 2
                                                   R2
                                   C1
                                                                                           Q = Fréq. centrale : Bp
                                   R1
                                                                                                              159 000
                                                                                           R2 k Ω =
                                                                                                      Fréq. centrale x C1 nF
                               IC1-B
            R1        2                                                                    R1 k Ω = Q x R2
                                               1


   ENTRÉE             3
                               4                         SORTIE

                                                                  Figure 215 : Pour réaliser un filtre passe-bande, nous pouvons utiliser aussi un
                                                                  schéma comportant deux amplificateurs opérationnels. Au tableau noir sont écri-
                                        12 V                      tes les formules permettant de calculer la valeur de R1 et R2.



                                               ELECTRONIQUE et Loisirs magazine     126   Cours d’Electronique – Deuxième niveau
                                                                            LE COURS

Calculons enfin la valeur de la résis-
                                                                                                                               15 V
tance R1 en utilisant la formule :                                                   C1
                                                                                                                        R3
     R1 kilohms = R3 : (2 x gain)                                                                                 R2                   Figure 216 : Si nous voulons
                                                                                                        6
                                                                                          8                                            alimenter le filtre passe-ban-
                                                                                 7
Le gain ne doit jamais dépasser 2, il                                                                        C1                        de de la figure 215 avec une
est conseillé de choisir 1,4-1,6-1,8.                                                                   5                              tension simple, nous devons
Supposons que l’on ait choisi un gain                                       R2       IC1-A                                             modifier le schéma comme le
                                                                                                            R2                         montre la figure, soit ajouter
                                                                                              C1
de 1,5 : pour R1 nous aurons une                                                                                                       deux résistances de 10 kilo-
valeur de                                                                                                                              hms (R3 et R4) en série et à
                                                                                              R1
                                                                                                                                       leur jonction relier la broche
44 : (2 x 1,5) = 14,66 kilohms, soit                                                                                                   inverseuse de IC1-A et la
 15 kilohms (valeur normalisée).                               C2                         IC1-B                                        broche non inverseuse de
                                                                       R1        2                                 C3                  IC1-B. En outre, nous devons
                                                                                                        1
                                                                                                                                       insérer aux points indiqués
                                                                                                                                       les condensateurs électrolyti-
Filtres passe-bande avec deux                                                    3
                                                                                          4                                            ques de 10 µF C2, C3 et C4.
amplificateurs opérationnels                          ENTRÉE
                                                                                                                             SORTIE    Pour calculer les valeurs de
                                                                        C4
                                                                                                                        R4             C1, R1 et R2, on peut utiliser
La figure 215 donne le schéma élec-                                                                                                    la formule de la figure 215.
trique d’un filtre passe-bande réalisé
avec deux amplificateurs opération-
nels. Par rapport au précédent, ce fil-
tre présente un avantage : le calcul des
deux résistances R1 et R2 est beau-                 calculer la capacité de C1 en nF avec                                    centrale se calcule en additionnant les
coup plus simple.                                   la formule :                                                             deux fréquences et en divisant le résul-
                                                                                                                             tat par 2. La valeur Q se détermine en
Pour ce filtre aussi, il est nécessaire                      C1 nF = 159 000 :                                               divisant la fréquence centrale du filtre
de choisir arbitrairement la capacité                (Fréquence centrale x R2 kilohms)                                       par la valeur Bp.
de C1 en relation avec la valeur de
la fréquence centrale de travail du fil-            Pour connaître la valeur de la fré-                                      Le filtre représenté figure 215 est ali-
tre et pour cela vous vous servirez du              quence centrale, nous pouvons utiliser                                   menté avec une tension double symé-
Tableau 6.                                          la formule :                                                             trique. Pour alimenter le filtre passe-
                                                                                                                             bande avec une tension simple, nous
Quand la valeur de C1 est choisie,                               Hertz = 159 000 :                                           devons modifier le schéma comme le
nous pouvons déterminer la valeur                               (R2 kilohms x C1 nF)                                         montre la figure 216.
des résistances en utilisant ces for-
mules :                                             Pour déterminer la valeur des résistan-                                  Exemple de calcul
                                                    ces R1 et R2 nous devons connaître la
       R2 kilohms = 159 000 :                       valeur Bp de la fréquence centrale et le                                 Nous voulons réaliser un filtre passe-
    (Fréquence centrale x C1 nF)                    facteur Q.                                                               bande laissant passer toutes les fré-
        R1 kilohms = Q x R2                                                                                                  quences comprises entre 2 100 et
                                                    La valeur Bp se calcule en soustrayant                                   2 700 Hz et nous avons besoin de
On pourrait aussi commencer par choi-               à la fréquence maximale la valeur de                                     connaître quelles valeurs utiliser pour
sir au hasard la valeur de R2 puis par              la fréquence minimale. La fréquence                                      R2 et R1.

                                                                                                                             Solution : Tout d’abord calculons la
                                      Atténuation                                                                            valeur de la bande passante Bp en
                                                                                                                             soustrayant à la fréquence maximale la
  Figure 218 : Pour réaliser         0 dB                                                                                    fréquence minimale
  des filtres passe-bande avec      -12 dB
  une bande passante de plu-                                                                                                    2 700 - 2 100 = 600 Hz valeur Bp
  sieurs kHz, il faut utiliser un   -24 dB
  filtre passe-haut et un filtre                                                                                             Ensuite, calculons la valeur de la
  passe-bas.                        -36 dB
                                                                                                                             fréquence centrale en utilisant la
                                                                                                                             formule :
                                        100 Hz                 1 kHz                           10 kHz       Fréquence

                                                                                                                                      (Fréquence maximale -
                                      Atténuation
                                                                                                                                      Fréquence minimale) : 2

  Figure 217 : Les filtres pas-      0 dB                                                                                    La fréquence centrale sera de :
  se-bande des figures 213,
                                    -12 dB
  214, 215 et 216 sont par-                                                                                                               (2 700 + 2 100) :
  faits pour obtenir des ban-       -24 dB                                                                                                  2 = 2 400 Hz
  des passantes très étroi-
  tes.                              -36 dB
                                                                                                                             Enfin déterminons le facteur Q en divi-
                                                                                                                             sant la fréquence centrale par Bp :
                                        50 Hz                  500 Hz                          5 kHz        Fréquence

                                                                                                                                      2 400 : 600 = 4 facteur Q

                           ELECTRONIQUE et Loisirs magazine                          127           Cours d’Electronique – Deuxième niveau
                                                          LE COURS


                     PASSE-HAUT                       PASSE-BAS
               C1
                          3
                                              R1          5
                                      1
                                                                       7
                          2
     ENTRÉE     R1            IC1 A                       6
                                              C1               IC1 B       SORTIE




  Figure 219 : Pour obtenir des bandes passantes de plusieurs kHz, on utilise un
  filtre passe-haut calculé sur la fréquence HAUTE que l’on veut atténuer, suivi
  d’un filtre passe-bas calculé sur la fréquence BASSE que l’on veut atténuer (voir
  figure 218).



Il ne nous reste qu’à choisir au                        2 300 - (600 : 2) =
hasard la capacité de C1 en nF. Pour               2 000 Hz fréquence minimale
pouvoir faire une comparaison avec                     2 300 + (600 : 2) =
le filtre précédent (figure 213), nous             2 600 Hz fréquence maximale
pouvons utiliser la même valeur de
capacité, soit 12 nF. Comme la              Pour rendre notre filtre plus étroit (plus
fréquence centrale de notre filtre          sélectif), on pourrait calculer un Q de
est de 2 400 Hz nous pouvons                3 et si l’on voulait le rendre plus large
calculer la valeur de R2 en utilisant       un Q de 5.
la formule :

       R2 kilohms = 159 000 :               Filtres
    (Fréquence centrale x C1 nF)            passe-bande très larges

      159 000 : (2 400 x 12) =              Les filtres passe-bande que nous vous
           5,52 kilohms                     avons présentés jusqu’à maintenant
                                            sont utilisables pour obtenir des ban-
Etant donné que cette valeur n’est pas      des passantes étroites (quelques cen-
standard, utilisons la valeur normalisée    taines de Hz) et non des bandes pas-
la plus proche, soit 5,6 kilohms.           santes de quelques milliers de Hz.

Sachant que le facteur Q est de 4,          Si, par exemple, vous devez réaliser
nous pouvons calculer la valeur de R1       un filtre passe-bande laissant pas-
avec la formule :                           ser toutes les fréquences comprises
                                            entre 400 et 5 000 Hz, vous devez
        R1 kilohms = Q x R2                 avoir une bande passante de :

       4 x 5,6 = 22,4 kilohms                        5 000 - 400 = 4 600 Hz

Et comme cette valeur non plus n’est        Pour obtenir un filtre avec une bande
pas standard, prenons 22 kilohms.           passante aussi large, on peut mettre en
Pour connaître la fréquence centrale de     œuvre un petit expédient consistant à
notre filtre avec les valeurs choisies,     mettre en série un filtre passe-haut et
utilisons la formule :                      un filtre passe-bas (figure 219). Si l’on
                                            calcule un filtre passe-haut avec une fré-
          hertz = 159 000 :                 quence de coupure de 400 Hz, celui-ci
        (R2 kilohms x C1 nF)                laissera passer sans aucune atténua-
                                            tion toutes les fréquences supérieures
  159 000 : (5,6 x 12) = 2 366 Hz           à 400 Hz jusqu’au-delà de 30 kHz. Le
                                            filtre passe-bas relié à sa sortie sera
Considérant la tolérance de la capacité     calculé pour une fréquence de coupure
de C1 et celle des résistances, la fré-     de 5 000 Hz afin de laisser passer,
quence centrale pourrait être 2 300 Hz      sans aucune atténuation, toutes les fré-
ou 2 410 Hz. Admettons que ce soit          quences inférieures à 5 kHz et non
2 300 Hz, le Q étant de 4, cela nous        pas les fréquences supérieures. Etant
permet d’obtenir une bande passante         donné que le filtre passe-haut a déjà
de 600 Hz, notre filtre laissera passer     éliminé toutes les fréquences inférieu-
sans aucune atténuation les fréquen-        res à 400 Hz, nous obtiendrons un filtre
ces comprises entre :                       passe-bande de 400 Hz à 5 kHz.          N

                         ELECTRONIQUE et Loisirs magazine      128     Cours d’Electronique – Deuxième niveau
NOTES
          -2
                                                           LE COURS

        33
     N 2
       N°
  ÇO AU
LE IVE
N




                                               Apprendre
             l’électronique
                          en partant de zéro
                       Les amplificateurs opérationnels
                                  Les filtres
                                      (2)

    Filtres “notch” de 1er ordre
                                                           R1               R1                    12 V                Figure 220 : Filtre “notch”
    Le filtre “notch” de 1er ordre se com-                                                                            alimenté avec une ten-
    pose de 4 résistances et 4 condensa-                                                IC1                           sion double symétrique.
                                                            C1              C1                7
                                                                                          3                           Pour calculer la capacité
    teurs connectés comme le montre la
                                                                                                         6
    figure 220. Vous l’aurez remarqué, les                                                                            en nF des condensateurs
                                                                R1         R1
    deux condensateurs centraux C1 sont                                                                               C1 et la valeur en kilohms
                                                                                          2
                                                                                              4                       des résistances R1 quand
    en parallèle car cette valeur de capa-      ENTRÉE     C1               C1                               SORTIE   on connaît la valeur de la
    cité doit être exactement du double de                                                                            fréquence en Hz, on utili-
    la valeur de capacité des deux autres                                                                             se la formule écrite au ta-
    condensateurs C1. Les deux résistan-                                                                              bleau.
    ces centrales R1 sont en parallèle car                                                        12 V
    cette valeur de résistance doit être
    exactement de la moitié de la valeur
    des deux autres résistances R1.
                                                                                           159 000
                                                                                 Hz =
    Après avoir choisi les valeurs du con-                                              C1 nF x R1 k Ω
    densateur et de la résistance, nous                                                   159 000
                                                                           C1 nF =
    pouvons déterminer la valeur de la                                                   R1 k Ω x Hz
    fréquence de “notch” en utilisant la
                                                                                           159 000
    formule :                                                              R1 k Ω =
                                                                                          C1 nF x Hz

                  Hertz =
      159 000 : (R1 kilohms x C1 nF)

    Connaissant la fréquence de coupure
    et la valeur des condensateurs C1 ou       modifier le schéma comme le montre                                 Solution : 159 000 :
    des résistances R1, il est possible de     la figure 221 : nous devons ajouter                               (100 x 15) = 106 Hz
    calculer la valeur des autres compo-       deux résistances de 10 kilohms en
    sants en utilisant cette formule :         série et deux condensateurs électroly-                    Comme les condensateurs et les
                                               tiques, un à l’entrée et un à la sortie.                  résistances ont une tolérance, la
                  C1 nF =                                                                                fréquence de coupure sera com-
        159 000 : (R1 kilohms x Hz)                                                                      prise entre 100 et 110 Hz. Si nous
              R1 kilohms =                     Exemple de calcul de la fréquence                         devions obtenir un filtre “notch” sur
          159 000 : (C1 nF x Hz)                                                                         la fréquence exacte de 100 Hz, nous
                                               Nous avons réalisé un filtre “notch” en                   pourrions mettre en parallèle sur
    Le filtre représenté figure 220 est ali-   utilisant des condensateurs de 15 nF                      chaque condensateur un condensa-
    menté avec une tension double symé-        et des résistances de 100 kilohms et                      teur supplémentaire d’une capacité
    trique. Pour alimenter un filtre “notch”   nous voulons connaître la valeur de la                    de 820 pF, soit 0,82 nF, de manière
    avec une tension simple, nous devons       fréquence de coupure.                                     à obtenir une capacité totale de

                             ELECTRONIQUE et Loisirs magazine        130    Cours d’Electronique – Deuxième niveau
                                                                                                     LE COURS

                                                                                                     15 V


                                R1                       R1
                    R2                                                                                                      Figure 221 : Si nous voulons alimenter le filtre de la
                                                                          IC1
          C2                     C1                      C1                        7                                        figure 220 avec une tension simple, nous devons ajou-
                                                                             3                        C3                    ter les résistances R2 et R3 de 10 kilohms et deux
                                                                                                 6
                                     R1                 R1
                                                                                                                            condensateurs électrolytiques C2 et C3 de 10 µF.
                                                                                                                            Dans le texte nous expliquons pourquoi il faut mettre
                                                                             2
                                                                                   4                                        au centre du filtre deux condensateurs C1 et deux
   ENTRÉE           R3          C1                       C1                                               SORTIE            résistances R1 en parallèle.




                                                         12 V

                                                                                                                                                           159 000
                                                                                       Figure 222 : Filtre passe-bas                             Hz =
                     C1              IC1                                                                                                                C1 nF x R1 k Ω
                                                    7                                  de deuxième ordre alimenté
                                           3
                                                                6
                                                                                       avec une tension double sy-                            C1 nF =
                                                                                                                                                          159 000
               R1     R1                                                               métrique. Ce filtre atténue de                                    R1 k Ω x Hz
                                           2
                                                                                       3 dB la fréquence de coupure
                                                                                                                                                           159 000
                                                    4                                  et de 12 + 3 dB toutes les                            R1 k Ω =
                     C1                                                                                                                                   C1 nF x Hz
 ENTRÉE                                        R3                        SORTIE        octaves inférieures. La valeur
                                                                                       de la résistance R3 doit être                             R3 = R2 x 1,7
                                          R2                                           supérieure à celle de R2 de
                                                                                                                                                 R2 = R3 : 1,7
                                                                                       1,7 fois (voir texte).

                                                         12 V




                                                                                                                                             Filtres de deuxième ordre
                                                                                                               15 V

                                           R4                                                                                                Nous avons vu qu’avec les filtres
                                                                    C1            IC1                                                        passe-bas ou les filtres passe-haut
                           C2                                                                7
                                                                                    3                          C3                            de 1er ordre on obtient des atténua-
                                                                                                      6
                                                        R1          R1                                                                       tions de 6 dB par octave. Pour obte-
                                                                                    2                                                        nir des atténuations plus impor tan-
                                                                                             4
                                                                    C1
                                                                                                                                             tes, nous devons passer aux filtres
                    ENTRÉE                 R5                                           R3                         SORTIE                    de deuxième ordre.
                                                                                   R2

                                                                                                                                             Filtres passe-bas
                                                                                                                                             de deuxième ordre
 Figure 223 : Si nous voulons alimenter le filtre passe-bas de la figure 222                                                                 Pour réaliser un filtre passe-bas de
 avec une tension simple, nous devons ajouter deux résistances de 10 kilohms                                                                 deuxième ordre, atténuant 12 dB par
 (R4 et R5) puis appliquer un condensateur électrolytique de 10 µF à l’entrée
 et un à la sortie.                                                                                                                          octave, on doit utiliser le schéma de la
                                                                                                                                             figure 222. Ce filtre est constitué de
                                                                                                                                             deux résistances de valeurs identiques
15,82 nF. La fréquence de coupure                                           densateur de 10 nF : compte tenu de                              (R1-R1) et de deux condensateurs de
serait alors de :                                                           la tolérance, cette valeur conviendra                            capacités identiques aussi (C1-C1).
                                                                            tout à fait.
159 000 : (100 x 15,82) = 100,5 Hz                                                                                                           Après avoir choisi les valeurs du
                                                                                                                                             condensateur et de la résistance,
                                                                            Exemple de calcul de la résistance                               nous pouvons connaître la valeur de
Exemple de calcul de la capacité                                                                                                             la fréquence de coupure en utilisant la
                                                                            Nous voulons réaliser un filtre “notch”                          formule :
Nous voulons réaliser un filtre “notch”                                     pour 100 Hz en utilisant des condensa-
afin d’éliminer un ronflement à 100 Hz,                                     teurs de 15 nF.                                                               Hertz = 159 000 :
en utilisant 4 résistances de 150 kil-                                                                                                                  (R1 kilohms x C1 nF)
ohms.                                                                                      Solution : 159 000 :
                                                                                        (15 x 100) = 106 kilohms                             Connaissant la valeur de la fréquence
            Solution : 159 000 :                                                                                                             de coupure et la valeur de la capacité
          (150 x 100) = 10,6 nF                                             Cette valeur n’étant pas standard,                               des condensateurs ou bien la valeur
                                                                            nous pouvons utiliser une résistance                             des résistances, il est possible de
Etant donné que cette valeur n’est                                          de 100 kilohms pour la même raison                               déterminer la valeur de l’autre compo-
pas standard, choisissons un con-                                           que ci-dessus.                                                   sant en utilisant ces deux formules :

                                      ELECTRONIQUE et Loisirs magazine                                      131       Cours d’Electronique – Deuxième niveau
                                                                          LE COURS

         C1 nF = 159 000 :                                       (5,6 : 3,3) + 1 = 2,696               liser, là encore, pour R3 une valeur de
         (R1 kilohms x Hz)                                                                             5,6 kilohms et pour R2 3,3 kilohms.
       R1 kilohms = 159 000 :                        En considérant que la différence entre
            (C1 nF x Hz)                             un gain de 2,7 et un gain de 2,696                Le filtre de la figure 224 est alimenté
                                                     est dérisoire, nous pouvons tenir ces             avec une tension double symétrique.
Pour compenser les pertes, cet étage                 valeurs de résistances pour idéales.              Pour alimenter le filtre passe-haut de
doit avoir un gain d’environ 2,7. A ce                                                                 deuxième ordre avec une tension sim-
propos il est bon de rappeler que le                 Le filtre de la figure 222 est alimenté           ple, nous devons modifier le schéma
gain de cette configuration, dont il a               avec une tension double symétrique.               comme le montre la figure 225 : nous
déjà été question dans la leçon 20                   Pour alimenter le filtre passe-bas de             devons ajouter deux résistances de
(voir la figure 106), se calcule selon la            deuxième ordre avec une tension sim-              10 kilohms et insérer un condensateur
formule :                                            ple, nous devons modifier le schéma               électrolytique en sortie (C3). R1 au lieu
                                                     comme le montre la figure 223 : nous              d’être connectée à la masse doit l’être
         Gain = (R3 : R2) + 1                        devons ajouter deux résistances de 10             à la jonction des deux résistances de
                                                     kilohms et insérer, en entrée comme               10 kilohms.
Pour simplifier les calculs, il est con-             en sortie, un condensateur électrolyti-
seillé de choisir la valeur de R2 puis de            que de 10 à 22 µF (C2 et C3)
calculer celle de R3, en faisant l’opéra-                                                              Filtres “notch”
tion suivante :                                                                                        de deuxième ordre
                                                     Filtres passe-haut
            R3 = R2 x 1,7                            de deuxième ordre                                 Pour réaliser un filtre “notch” de
                                                                                                       deuxième ordre, nous vous conseillons
Ou alors on peut choisir la valeur de R3             Pour réaliser un filtre passe-haut de             d’utiliser le schéma de la figure 226.
puis calculer celle de R2, en effectuant             deuxième ordre atténuant 12 dB par                Dans ce filtre “notch” de deuxième
l’opération suivante :                               octave, on doit réaliser le schéma de             ordre, le signal est appliqué à l’entrée
                                                     la figure 224. Après avoir choisi les             inverseuse --.
             R2 = R3 : 1,7                           valeurs du condensateur et de la résis-
                                                     tance, nous pouvons calculer la valeur            Vous le voyez, les deux condensa-
Avec ces calculs, nous ne parviendrons               de la fréquence de coupure en utilisant           teurs C1 appliqués à l’entrée sont
pas à tomber juste sur une valeur stan-              la formule :                                      reliés en parallèle car cette capacité
dard. Si, en effet, nous choisissons                                                                   doit avoir une valeur exactement dou-
au hasard pour R2 une valeur de 3,3                                      Hertz =                       ble de celle des deux autres conden-
kilohms, nous devons utiliser pour R3                         159 000 : (R1 kilohms x C1 nF)           sateurs C1. Même chose pour les
une valeur de :                                                                                        deux résistances R1 appliquées à
                                                     Connaissant la valeur de la fréquence             l’entrée : elles sont en parallèle car
     3,3 x 1,7 = 5,610 kilohms                       de coupure et la valeur de capacité des           elles doivent avoir une valeur d’exac-
                                                     condensateurs ou bien la valeur des               tement la moitié de celle des deux
Si nous choisissons une valeur stan-                 résistances, il est possible de détermi-          autres résistances R1.
dard de 5,6 kilohms pour R3, nous                    ner la valeur de l’autre composant en
devons utiliser pour R2 une valeur de :              utilisant les deux formules :                     Entre la broche de sortie et l’entrée
                                                                                                       inverseuse, il est nécessaire de mon-
      5,6 : 1,7 = 3,294 kilohms                                          C1 nF =                       ter un second filtre en mettant deux
                                                               159 000 : (R1 kilohms x Hz)             résistances R1 en série et deux en
En pratique, nous pouvons utiliser sans                              R1 kilohms =                      parallèle, comme le montre la figure
hésiter les valeurs normalisées, 5,6 kil-                        159 000 : (C1 nF x Hz)                226. Après avoir choisi les valeurs
ohms pour R3 et 3,3 kilohms pour R2.                                                                   du condensateur et de la résistance,
                                                     Pour compenser les pertes, ce filtre doit         nous pouvons connaître la valeur de
Si nous essayons de calculer le gain,                avoir également un gain de 2,7 et par             la fréquence de coupure en utilisant la
nous obtiendrons :                                   conséquent nous vous conseillons d’uti-           formule :


                                                   12 V

                                                                                                        159 000
                                                                                             Hz =
                        R1          IC1                                                              C1 nF x R1 k Ω
                                               7
                                      3
                                                                                                       159 000
                                                          6                               C1 nF =
                   C1    C1                                                                           R1 k Ω x Hz
                                      2
                                                                                                       159 000
                         R1
                                               4
                                                                                          R1 k Ω =
        ENTRÉE                            R3                     SORTIE
                                                                                                      C1 nF x Hz
                                                                                             R3 = R2 x 1,7
                                     R2
                                                                                             R2 = R3 : 1,7

                                                   12 V


  Figure 224 : Filtre passe-haut de deuxième ordre alimenté avec une tension double symétrique. Ce filtre atténue de 3 dB
  la fréquence de coupure et de 12 + 3 dB toutes les octaves inférieures. La valeur de R3 doit être supérieure à celle de R2
  de 1,7 fois (voir texte).



                             ELECTRONIQUE et Loisirs magazine                132   Cours d’Electronique – Deuxième niveau
                                                               LE COURS

                                                                                                                                Pour modifier le gain de chaque étage
                                                                                                     15 V                       simple, il suffit de faire varier la valeur
                                                                                                                                des deux résistances, celle reliée entre
  Figure 225 : Si nous vou-
  lons alimenter le filtre pas-        R4                                                                                       la sor tie et la broche non inverseuse
  se-bas de la figure 224                         R1                IC1                                                         et celle reliée entre cette broche et
                                                                                  7
  avec une tension simple,                                               3                             C3                       la masse. Si nous amplifions le signal
                                                                                                 6
  nous devons ajouter deux                  C1    C1
                                                                                                                                plus que nécessaire, le filtre risque
  résistances de 10 kilohms                        R1                                                                           d’auto-osciller : par conséquent nous
                                                                         2
  (R4 et R5) puis appliquer                                                       4                                             vous conseillons de respecter les
  un condensateur électro-        ENTRÉE                                                                SORTIE                  valeurs ohmiques indiquées pour cha-
  lytique de 10 µF à la sor-
  tie de l’amplificateur opé-                             R2                 R3                                                 que étage simple (figures 229, 230,
                                       R5         C2
  rationnel (C3).                                                                                                               231 et 232).


                                                                                                                                Filtres passe-bas
                                                                                                                                de troisième ordre

               Hertz =                       Dans les filtres passe-bas ou passe-                                               Pour réaliser un filtre passe-bas de
   159 000 : (R1 kilohms x C1 nF)            haut, chaque étage simple doit ampli-                                              troisième ordre atténuant 18 dB par
                                             fier légèrement le signal appliqué sur                                             octave, il faut mettre en série un fil-
Connaissant la valeur de la fréquence        son entrée, de façon que le signal de                                              tre passe-bas de 1er ordre, atténuant
de coupure et celle de la capacité des       sortie ne soit pas atténué.                                                        6 dB par octave et un filtre passe-bas
condensateurs ou bien des résistan-
ces, nous pouvons déterminer la valeur
de l’autre composant en utilisant les
deux formules :                                                                                                       IC1
                                                               R1                      R1                                             12 V
                                                                                                                      3           7
              C1 nF =                                           C1                     C1                                                     6                           Figure 226 : Pour
    159 000 : (R1 kilohms x Hz)                                                                                                                                           réaliser un filtre
                                                                                                                      2           4
          R1 kilohms =                                              R1                R1                                              12 V.
                                                                                                                                                                          “notch” de deuxiè-
      159 000 : (C1 nF x Hz)                                                                                                                                              me ordre alimenté
                                                                                                                           R1      R1
                                                                                                                                                                          avec une tension
                                                                                                                                                             SORTIE
                                                               C1                      C1
                                                                                                                      C1                  C1                              double symétrique,
Le filtre de la figure 226 est alimenté          ENTRÉE
                                                                                                                                                                          nous vous con-
avec une tension double symétrique.                                                                                                                                       seillons d’utiliser
Pour alimenter le filtre “notch” de                                                                                   R1                 R1                               ce schéma.
deuxième ordre avec une tension sim-
ple, nous devons modifier le schéma
comme le montre la figure 228 : nous
devons ajouter deux résistances de
10 kilohms plus un condensateur
électrolytique en reliant leur jonction
à l’entrée non inverseuse. A l’entrée                                                                   159 000                                             Figure 227 : Pour calculer
                                                                                           Hz =
comme à la sortie, nous devons appli-                                                                C1 nF x R1 k Ω                                         les valeurs des condensa-
quer deux autres condensateurs élec-                                                                    159 000                                             teurs C1 en nF et des ré-
                                                                                  C1 nF =                                                                   sistances R1 en kilohms
trolytiques d’une valeur de capacité                                                                   R1 k Ω x Hz
de 10 à 22 µF.                                                                                                                                              du filtre de la figure 226,
                                                                                  R1 k Ω =
                                                                                                        159 000                                             on peut utiliser les formu-
                                                                                                       C1 nF x Hz                                           les écrites au tableau.

Filtres d’ordre supérieur

Si nous voulons réaliser des filtres                                                                                                                                              15 V
avec une atténuation plus grande que                                                                                                              IC1
12 dB par octave, nous devons mettre                                                   R1                    R1                   R2
                                                                                                                                                  3           7              C3
en série plusieurs filtres. Par exemple,                                                                                                                              6
                                                                    C2                     C1                C1
si nous mettons en série un filtre de
1er ordre, atténuant 6 dB par octave et                                                                                                           2           4
                                                                                            R1              R1
un autre de deuxième ordre, atténuant
                                                                                                                                                       R1      R1
12 dB par octave, nous obtenons un                                                                                                                                            SORTIE
                                                                                       C1                    C1
filtre dont l’atténuation est de 6 + 12 =                 ENTRÉE                                                                              C1                    C1
18 dB par octave. Si nous mettons en
série deux filtres de deuxième ordre,                                                                            C4               R3              R1                R1
atténuant chacun 12 dB par octave,
nous obtenons un filtre avec atténua-
tion totale de 12 + 12 = 24 dB par
octave. Il va de soi que si nous voulons         Figure 228 : Pour alimenter le filtre de la figure 227 avec une tension simple, nous
réaliser un filtre atténuant 36 dB par           devons ajouter deux résistances de 10 kilohms (R2 et R3) et appliquer dans les
octave, nous devons mettre en série              positions notées C2, C3 et C4 des condensateurs électrolytiques de 10 µF.
trois filtres de deuxième ordre.

                          ELECTRONIQUE et Loisirs magazine                   133       Cours d’Electronique – Deuxième niveau
                                                                  LE COURS

de deuxième ordre, atténuant 12 dB
par octave (figure 235). Pour calcu-                                                Filtre de                           Filtre de                        Filtre de
ler la fréquence de coupure en Hz ou                                               1er ORDRE                           2e ORDRE                         3e ORDRE
bien la valeur de capacité des con-                                                 3                                   3
densateurs C1 ou des résistances                                                                 6                                    6                Atténuation
R1, nous utilisons encore les mêmes                                                                                                                    18 dB x octave
                                                                                    2                                   2
formules :
                                                                                                           10 kΩ            10 kΩ

          hertz = 159 000 :
        (R1 kilohms x C1 nF)
         C1 nF = 159 000 :                    Figure 229 : Dans un filtre de troisième ordre, deux résistances de même valeur
          (R1 kilohms x Hz)                   ohmique (10 kilohms) sont reliées au premier amplificateur opérationnel.
       R1 kilohms = 159 000 :
            (C1 nF x Hz)

Dans ce filtre le dernier amplificateur                                             Filtre de                           Filtre de                            Filtre de
opérationnel, IC1-B, doit avoir un gain                                            2e ORDRE                            2e ORDRE                             4e ORDRE
de 2 et par conséquent les valeurs des                                              3                                   3
résistances R3 et R2 doivent être iden-                                                          6                                    6                Atténuation
                                                                                                                                                       24 dB x octave
tiques. Nous avons en effet plusieurs                                               2                                   2
fois répété que le gain d’un étage utili-
                                                                    22 kΩ               3,3 kΩ              22 kΩ           27 kΩ
sant l’entrée non inverseuse s’obtient
avec la formule :

         Gain = (R3 : R2) + 1                 Figure 230 : Dans un filtre de quatrième ordre, on connecte sur le 1er amplifi-
                                              cateur opérationnel à gauche des résistances de 3,3 kilohms et 22 kilohms et
Si nous choisissons pour R3 et R2 une         sur le second à droite des résistances de 27 kilohms et 22 kilohms.
valeur de 10 kilohms, nous aurons un
gain de :

           (10 : 10) + 1 = 2                              Filtre de                               Filtre de                                Filtre de                      Filtre de
                                                         1e ORDRE                                2e ORDRE                                 2e ORDRE                       5e ORDRE
Nous avons choisi une valeur de 10                        3                                          3                                     3
kilohms mais, bien sûr, le même gain                                       6                                       6                                    6           Atténuation
                                                                                                                                                                    30 dB x octave
peut être obtenu en utilisant une autre                   2                                          2                                     2
valeur, pour vu qu’elle soit identique
                                                                                                         15 kΩ                                 27 kΩ
pour les deux résistances : 8,2 kil-                                                    5,6 kΩ                               22 kΩ

ohms ou 12 kilohms font parfaitement
l’affaire.
                                                Figure 231 : Dans un filtre de cinquième ordre, on connecte sur les deux
Le filtre passe-bas de la figure 235            amplificateurs opérationnels les valeurs exactes indiquées par la figure.
est alimenté avec une tension double
symétrique. Si nous voulons alimenter
ce filtre avec une tension simple, nous
devons relier en série le filtre de 1er                   Filtre de                               Filtre de                                Filtre de                      Filtre de
ordre de la figure 210 et le filtre de                   2e ORDRE                                2e ORDRE                                 2e ORDRE                       6e ORDRE
deuxième ordre de la figure 223.                              3                                      3                                     3
                                                                               6                                   6                                    6           Atténuation
                                                                                                                                                                    36 dB x octove
                                                              2                                      2                                     2
Filtres passe-haut
                                                                  1,8 kΩ                                 6,8 kΩ                                15 kΩ
de troisième ordre                               27 kΩ                                  12 kΩ                                 10 kΩ


Pour réaliser un filtre passe-haut de
troisième ordre atténuant 18 dB par           Figure 232 : Dans un filtre de sixième ordre, on connecte sur les trois amplifi-
octave, il faut là encore relier en série     cateurs opérationnels les valeurs exactes indiquées par la figure.
un filtre passe-haut de 1er ordre, atté-
nuant 6 dB par octave et un filtre
passe-haut de deuxième ordre, atté-                  C1 nF = 159 000 :                                                         valeurs identiques. Dans ce cas aussi,
nuant 12 dB par octave. La figure 236                (R1 kilohms x Hz)                                                         nous vous conseillons d’utiliser deux
donne le schéma d’un filtre passe-                 R1 kilohms = 159 000 :                                                      résistances de 10 kilohms.
haut de troisième ordre. Pour calculer                  (C1 nF x Hz)
la valeur de la fréquence en Hz ou                                                                                             Le filtre passe-haut de la figure 236
celle des condensateurs ou des résis-       Pour ce filtre aussi, le dernier ampli-                                            est alimenté avec une tension double
tances, les formules sont toujours les      ficateur opérationnel IC1-B doit être                                              symétrique. Si nous voulons alimenter
mêmes :                                     calculé pour un gain de 2 et par con-                                              ce filtre avec une tension simple, nous
                                            séquent, comme nous l’avons déjà pré-                                              devons mettre en série le filtre de 1er
          Hertz = 159 000 :                 cisé pour le filtre passe-bas, les deux                                            ordre de la figure 212 et le filtre de
        (R1 kilohms x C1 nF)                résistances R3 et R2 doivent être de                                               deuxième ordre de la figure 225.

                         ELECTRONIQUE et Loisirs magazine                  134          Cours d’Electronique – Deuxième niveau
                                                                  LE COURS

Filtre passe-bas
de quatrième ordre                                                                                 12 V                      15 V

                                                                            IC1                                    IC1
                                                                                           7                             7
Pour réaliser un filtre passe-bas de                                              3                                  3
quatrième ordre, atténuant 24 dB par                                                                      6                         6
octave, nous devons relier en série
                                                                                  2                                  2
deux filtres passe-bas de deuxième                                                         4                             4
ordre, atténuant chacun 12 dB par
octave (figure 238). Après avoir choisi                                                            12 V

la valeur des condensateurs C1 et des
résistances R1, nous pouvons calculer
la valeur de la fréquence de coupure en              Figure 233 : Même si dans les schémas électriques de cette leçon les conden-
                                                     sateurs devant être insérés entre les deux broches d’alimentation et la masse
utilisant la formule :                               n’ont pas été indiqués, il faut toujours placer ces condensateurs céramiques ou
                                                     polyesters de 100 nF comme le montre la figure. En outre, n’oubliez pas que dans
          Hertz = 159 000 :                          les circuits intégrés à un seul amplificateur opérationnel, la broche d’alimentation
        (R1 kilohms x C1 nF)                         positive est la broche 7, alors que dans les circuits intégrés à deux amplificateurs
                                                     opérationnels c’est la broche 8. Dans les circuits intégrés à 4 amplificateurs
Dans ce filtre de quatrième ordre,                   opérationnels, la broche d’alimentation positive est la 4 et la négative la 11 (voir
                                                     figure 234).
le premier amplificateur opérationnel
IC1-A doit avoir un gain de 1,15 et le
second, IC1-B, un gain de 2,22. Con-
naissant la valeur de la résistance R3,            ver celle de R5 en effectuant cette                        Les formules pour calculer la valeur de
nous pouvons déterminer celle de R2                opération :                                                la fréquence, des résistances ou des
en effectuant l’opération :                                                                                   condensateurs, sont les mêmes que
                                                            R5 = R4 x (2,22 - 1)                              pour les filtres précédents :
         R2 = R3 : (1,15 - 1)
                                                   Nous vous conseillons d’utiliser pour                                hertz = 159 000 :
Connaissant la valeur de R2 nous pou-              R5 une valeur de 27 kilohms et pour                                (R1 kilohms x C1 nF)
vons déterminer celle de R3 en effec-              R4 22 kilohms. En effet, si nous calcu-                             C1 nF = 159 000 :
tuant l’opération :                                lons quel gain nous trouvons avec ces                                (R1 kilohms x Hz)
                                                   valeurs avec la formule :                                         R1 kilohms = 159 000 :
        R3 = R2 x (1,15 - 1)                                                                                              (C1 nF x Hz)
                                                            gain = (R5 : R4) + 1
Nous vous conseillons d’utiliser pour                                                                         Pour ce filtre de quatrième ordre aussi
R3 une valeur de 3,3 kilohms et pour               cela donne :                                               le premier amplificateur opérationnel
R2 de 22 kilohms. En effet, si nous                                                                           IC1-A doit avoir un gain de 1,15 et le
calculons quel gain nous obtenons                           (27 : 22) + 1 = 2,22                              second amplificateur opérationnel de
avec ces valeurs, avec la formule :                                                                           2,22. Les calculs déjà effectués pour
                                                   Le filtre de quatrième ordre de la figure                  le filtre passe-bas valent aussi pour le
        Gain = (R3 : R2) + 1                       238 est alimenté avec une tension                          filtre passe-haut et les valeurs à utiliser
                                                   double symétrique. Pour alimenter ce                       sont donc les mêmes :
nous trouvons :                                    filtre avec une tension simple, nous
                                                   devons relier en série deux filtres de                                R3 = 3,3 kilohms
  (3,3 kilohms : 22 kilohms) + 1 =                 deuxième ordre identiques à ceux de la                                R2 = 22 kilohms
                1,15                               figure 223.                                                           R5 = 27 kilohms
                                                                                                                         R4 = 22 kilohms
L’amplificateur opérationnel IC1-B doit
avoir un gain de 2,22 : par conséquent,            Filtre passe-haut                                          Le filtre de quatrième ordre de la figure
si nous connaissons déjà la valeur de              de quatrième ordre                                         239 est alimenté avec une tension
la résistance R5, nous pouvons déter-                                                                         double symétrique. Pour alimenter ce
miner la valeur de R4 en effectuant                Pour réaliser un filtre passe-haut de                      filtre avec une tension simple, nous
cette opération :                                  quatrième ordre atténuant 24 dB par                        devons mettre en série deux filtres de
                                                   octave, nous devons relier en série                        deuxième ordre identiques à celui de
         R4 = R5 : (2,22 - 1)                      deux filtres passe-haut de deuxième                        la figure 225.
                                                   ordre. La figure 239 donne le schéma
Connaissant en revanche la valeur de               d’un filtre passe-haut de quatrième
la résistance R4, nous pouvons trou-               ordre.                                                     Pour conclure

                                                                                                              Les débutants auront sans doute
         8   +V   6   5          +V   7   6   5              14   13   12    -V       10       9     8        trouvé cette leçon sur les filtres plu-
                                                                                                              tôt ennuyeuse, mais nous pouvons
                                                                                                              vous assurer que si un de ces jours
                                                                                                              vous devez calculer un filtre, vous
                                                                                                              par tirez à la recherche de cette leçon
         1   2    3   -V         1    2   3   -V             1    2    3     +V       5        6      7       et vous la relirez avec intérêt, car
  Figure 234 : Brochages vus de dessus des circuits intégrés à 1, 2 ou 4 amplifi-                             ce que nous avons expliqué dans
  cateurs opérationnels.                                                                                      ces pages, vous ne le trouverez dans
                                                                                                              aucun autre livre.

                           ELECTRONIQUE et Loisirs magazine                 135           Cours d’Electronique – Deuxième niveau
                                                     LE COURS

Pour acquérir un peu de pratique
dans le domaine des filtres, nous                                                                                                              12 V

vous conseillons d’essayer de calculer
les valeurs des condensateurs C1 ou
des résistances R1 en choisissant au                                            IC1-A                                  IC1-B
                                                         R1                                                 C1
hasard la fréquence de coupure.                                         3
                                                                                                                                       8
                                                                                        1                                5
                                                                                                                                                      7
Par exemple, si nous vous deman-                                        2
                                                                                                     R1      R1

dions de calculer un filtre passe-bas                                                                                    6
                                                                                                                                       4
avec une fréquence de coupure de            ENTRÉE       C1                                                 C1
                                                                                                                              R3                              SORTIE
400 Hz, vous pourriez être en diffi-
culté car vous ne savez pas quelle
                                                                                                                         R2
valeur de capacité ou de résistance
choisir pour ce filtre. Pour résoudre
le problème, il suffira de consulter
le Tableau 6 de cette leçon : il con-                                                                                                          12 V
seille de choisir, pour la gamme de
fréquence de 100 à 500 Hz, des con-        Figure 235 : Pour réaliser un filtre passe-bas de troisième ordre capable d’atté-
                                           nuer de 18 dB toutes les octaves supérieures, il suffit de mettre en série un
densateurs de 33 à 120 nF. Une fois        filtre de 1er ordre (figure 209) et un filtre de deuxième ordre (figure 222). Pour
choisie la valeur du condensateur,         calculer la fréquence de coupure en Hz ou bien les valeurs de C1 ou de R1, on
vous pouvez tout de suite calculer la      utilise les formules écrites sur le tableau noir de la figure 237.
valeur de R1 avec la formule :             Note : Dans ce filtre, la valeur des résistances R2 et R3 doit être de 10 kilohms.

           R1 kilohms =
       159 000 : (C1 nF x Hz)
                                                                                                                                                12 V
La capacité du condensateur est
choisie de façon à, obtenir pour R1
une valeur la plus proche possible de
la valeur standard, par conséquent il                      C1                   IC1-A                                   IC1-B
                                                                                                             R1
convient d’effectuer toutes ces opé-                                        3
                                                                                                                                           8
                                                                                            1                                 5
rations :                                                                                                                                                 7
                                                                            2                         C1      C1
     159 000 : (33 nF x 440)    =                                                                                             6
                                                                                                                                           4
          10,95 kilohms                    ENTRÉE             R1
                                                                                                                  R1              R3                           SORTIE
     159 000 : (39 nF x 440)    =
           9,26 kilohms                                                                                                   R2
     159 000 : (47 nF x 440)    =
           7,68 kilohms
     159 000 : (56 nF x 440)    =
                                                                                                                                                12 V
           6,45 kilohms
     159 000 : (68 nF x 440)    =
           5,31 kilohms                    Figure 236 : Pour réaliser un filtre passe-haut de troisième ordre capable d’at-
                                           ténuer de 18 dB toutes les octaves inférieures, il suffit de mettre en série un
Vous aurez déjà noté que 10,95 kil-        filtre de 1er ordre (figure 211) et un filtre de deuxième ordre (figure 224). Pour
ohms est une valeur très proche de         calculer la fréquence de coupure en Hz ou bien les valeurs de C1 ou de R1, on
10 kilohms, par conséquent pour ce fil-    utilise les formules écrites au tableau noir de la figure 237.
tre vous pourrez utiliser, pour C1, une    Note : Dans ce filtre, la valeur des résistances R2 et R3 doit être de 10 kilohms.
capacité de 33 nF et pour R1 une résis-
tance de 10 kilohms.

Pour connaître la fréquence de coupure
obtenue avec ces deux valeurs, utilisez
la formule :
                                                                                                             159 000
                                                                                                  Hz =
        Hertz = 159 000 :                                                                                 C1 nF x R1 k Ω
      (R1 kilohms x C1 nF)                                                              C1 nF =
                                                                                                            159 000
   159 000 : (10 x 33) = 481 Hz                                                                            R1 k Ω x Hz
                                                                                                            159 000
Etant donné que les condensateurs et                                                    R1 k Ω =
                                                                                                           C1 nF x Hz
les résistances ont une tolérance, vous
                                                                                                Gain = (R3 : R2) + 1
n’obtiendrez jamais, dans la pratique,
une fréquence de 481 Hz. Quoi qu’il
en soit, pour diminuer la fréquence
de coupure, vous pouvez appliquer en       Figure 237 : Au tableau noir, on a écrit toutes les formules à utiliser pour calculer
parallèle aux condensateurs C1 un          un filtre passe-bas ou un filtre passe-haut. Nous vous rappelons que la valeur
second condensateur de 2,7 nF, de          des condensateurs C1 est en nF et celle des résistances R1 en kilohms.
manière à obtenir une capacité totale

                        ELECTRONIQUE et Loisirs magazine        136   Cours d’Electronique – Deuxième niveau
                                                                 LE COURS

                                                                                                        de 35,7 nF ou bien connecter en série
                                                                                    12 V                avec R1 une seconde résistance de
                                                                                                        820 ohms, de manière à obtenir une
                                                                                                        valeur ohmique de 10,82 kilohms.
               C1             IC1-A                                  IC1-B                                 159 000 : (10 x 35,7) = 445 Hz
                                                          C1
                          3
                                                                                8
                                       1                               5                                  159 000 : (10,82 x 33) = 445 Hz
         R1    R1
                                                                                           7
                                                  R1       R1
                          2                                                                             Si nous vous demandions maintenant
                                                                       6
                               R3                                               4                       de calculer un filtre passe-haut avec
ENTRÉE         C1                                         C1
                                                                           R5                  SORTIE   fréquence de coupure de 3 500 Hz,
                                                                                                        tout de suite vous vous demanderiez
                         R2
                                                                      R4                                quelle valeur de capacité ou de résis-
                                                                                                        tance utiliser. Là encore, il suffit de
                                                                                                        consulter le Tableau 6 : pour la gamme
                                                                                    12 V
                                                                                                        de fréquence de 1 000 à 5 000 Hz, il
                                                                                                        conseille de prendre des valeurs entre
                                                                                                        3,9 et 15 nF.
Figure 238 : Pour réaliser un filtre passe-bas de quatrième ordre capable d’at-
ténuer de 24 dB toutes les octaves supérieures, il suffit de mettre en série
deux filtres de deuxième ordre comme le montre la figure 222. Pour calculer                             Pour savoir avec quelle capacité vous
la fréquence de coupure ou bien la valeur des condensateurs C1 ou celle des                             pourrez obtenir pour R1 une valeur voi-
résistances R1, on utilise les formules écrites au tableau noir de la figure 240.                       sine de la valeur standard, vous devez
                                                                                                        effectuer ces opérations :

                                                                                                        159 000 : (4,7 nF x 3 500) = 9,66 kilohms
                                                                                    12 V                159 000 : (5,6 nF x 3 500) = 8,11 kilohms
                                                                                                        159 000 : (6,8 nF x 3 500) = 6,68 kilohms
                                                                                                        159 000 : (8,2 nF x 3 500) = 5,54 kilohms
                                                                                                        159 000 : (10 nF x 3 500) = 4,54 kilohms
               R1             IC1-A                                  IC1-B
                          3
                                                          R1                                            159 000 : (12 nF x 3 500) = 3,78 kilohms
                                                                                8
                                       1                               5
          C1   C1                                                                          7            Vous l’aurez remarqué, 8,11 kilohms
                          2                       C1       C1
                                                                                                        est une valeur très proche de la valeur
                                                                       6
ENTRÉE          R1              R3
                                                                                4                       standard de 8,2 kilohms et, par consé-
                                                            R1             R5                  SORTIE   quent, pour ce filtre vous pouvez choi-
                                                                                                        sir pour C1 une valeur de capacité de
                         R2
                                                                      R4                                5,6 nF et pour R1 une valeur de résis-
                                                                                                        tance de 8,2 kilohms. Avec ces deux
                                                                                                        valeurs, vous obtiendrez une valeur de
                                                                                    12 V
                                                                                                        fréquence de coupure de :

                                                                                                         159 000 : (5,6 nF x 8,2 kilohms) =
Figure 239 : Pour réaliser un filtre passe-haut de quatrième ordre capable d’at-
ténuer de 24 dB toutes les octaves inférieures, il suffit de mettre en série                                         3 462 Hz
deux filtres de deuxième ordre comme le montre la figure 224. Pour calculer la
fréquence de coupure ou bien la valeur des condensateurs C1 ou celle des ré-                            Vous pouvez aussi choisir la valeur stan-
sistances R1, on utilise les formules écrites au tableau noir de la figure 240.                         dard de 6,8 kilohms, très proche de
Note : Dans ce filtre, la valeur de R3 doit être de 3,3 kilohms et celle de R2 22                       6,68 kilohms : dans ce cas, vous pou-
kilohms. La valeur de R5 doit être de 27 kilohms et celle de R4 22 kilohms.                             vez utiliser un condensateur de 6,8 nF et
                                                                                                        une résistance standard de 6,8 kilohms,
                                                                                                        valeurs avec lesquelles vous obtiendrez
                                                                                                        une fréquence de coupure de :

                                                                                                         159 000 : (6,8 nF x 6,8 kilohms) =
                                                                                                                     3 438 Hz
                                                     159 000
                                           Hz =                                                         Si vous voulez augmenter cette fré-
                                                  C1 nF x R1 k Ω
                                                                                                        quence, vous pouvez mettre en parallèle
                                                        159 000                                         deux condensateurs de 3,3 nF (obtenant
                                     C1 nF =
                                                       R1 k Ω x Hz
                                                                                                        ainsi une capacité totale de 6,6 nF), ce
                                     R1 k Ω =
                                                        159 000                                         qui donnera une fréquence de :
                                                       C1 nF x Hz
                                                                                                         159 000 : (6,6 nF x 6,8 kilohms) =
                                                                                                                     3 542 Hz

Figure 240 : Au tableau noir on a écrit toutes les formules à utiliser pour calcu-                      Les valeurs de fréquence obtenues
ler un filtre passe-bas ou un filtre passe-haut. Rappelez-vous que la valeur des                        avec ces calculs sont approximatives,
condensateurs C1 est en nF et celle des résistances R1 est en kilohms.                                  à cause de la tolérance des condensa-
                                                                                                        teurs et des résistances.          N

                       ELECTRONIQUE et Loisirs magazine                    137      Cours d’Electronique – Deuxième niveau
          -1
                                                               LE COURS

        34
     N 2
       N°
  ÇO AU
LE IVE
N




                                                   Apprendre
                 l’électronique
                              en partant de zéro
                                                   Quid des dB
                                                                   (1)

     Le décibel (symbole dB), est une
     unité de mesure logarithmique
     conventionnelle utilisée en acous-
     tique, en téléphonie et en électro-
     nique. Pour trouver la valeur des
     décibels, on calcule le logarithmi-
     que décimal (base 10) du rapport
     existant entre le niveau du signal
     appliqué à l’entrée et le niveau du
     signal prélevé en sortie, exprimé
     en tension ou en puissance. Si le
     signal prélevé en sortie est supé-
     rieur à celui appliqué en entrée,
     nous avons un gain. Si le signal
     prélevé en sortie est inférieur à ce-
     lui appliqué en entrée, nous avons
     une atténuation.

    Dans tous les cours vous trouverez que,
    pour calculer les dB, il suffit d’avoir une
    calculatrice et d’utiliser ces deux formu-
    les simples. Pour les niveaux de ten-
    sion, en volts (figure 1) :

                     dB =
     20 x log (volts sortie : volts entrée)

    Pour les niveaux de puissance, en
    watts (figure 2) :

                    dB =                           Si vous avez un ordinateur, ce qui est    - placez le curseur sur Accessoires,
    10 x log (watts sortie : watts entrée)         très probablement le cas, pour faire      - cherchez Calculatrice et cliquez sur
                                                   apparaître la calculatrice standard ou      ce nom (le clavier d’une calculatrice
    Certes, mais nous ajoutons pour notre          bien la calculatrice scientifique vous      apparaît à l’écran, figure 4),
    part que, pour effectuer cette opéra-          n’avez qu’à suivre la procédure (ultra    - cliquez alors sur Visualiser de manière
    tion, il faut une calculatrice scientifique    simple) ci-après :                          à choisir la standard ou la scientifi-
    et non une calculatrice standard. En                                                       que (figure 4),
    plus il faut savoir l’utiliser pour calculer   - cliquez sur Démarrer (figure 3),        - cliquez sur Scientifique pour la faire
    le logarithme d’un nombre.                     - pointez sur Programmes,                   apparaître (figure 5).

                               ELECTRONIQUE et Loisirs magazine      138   Cours d’Electronique – Deuxième niveau
                                                             LE COURS


                             FORMULE pour la                                                         FORMULE pour la
                                   TENSION                                                              PUISSANCE
                              dB = 20 x log (Vout : Vin)                                              dB = 10 x log (Wout : Win)




  Figure 1 : Pour calculer les dB en tension, il faut connaître le         Figure 2 : Pour calculer les dB en puissance, il faut connaî-
  rapport existant entre les volts prélevés à la sortie (Vout) et          tre le rapport existant entre les watts prélevés à la sortie
  les volts appliqués à l’entrée (Vin). Le texte explique com-             (Wout) et les watts appliqués à l’entrée (Win). Si vous ne
  ment utiliser la calculatrice scientifique cachée dans votre             voulez pas utiliser une calculatrice scientifique, vous trou-
  ordinateur.                                                              verez à la fin de l’article une Table des dB complète.


En effet, pour calculer des logarithmes                     5,98 : 1,4 =                         multiplié par 20) et enfin faisons
vous aurez besoin de cette dernière.            4,27 rapport entre les deux tensions             Entrée (dans la fenêtre du haut appa-
                                                                                                 raît le nombre 12,608 : ce sont des
                                                Connaissant le rapport, calculons le             dB, voir figure 8).
Calculer les dB quand on                        logarithme de 4,27 et, pour ce faire,
connaît le rapport d’une tension                tapons avec le pointeur et le clic gau-                    4,27 log = 0,6304
                                                che de la souris le nombre 4,27 sur la                     0,63*20 = 12,608
Pour calculer le gain ou l’atténuation          calculatrice, puis cliquons sur la touche
en dB d’un étage préamplificateur en            Log. Dans la fenêtre en haut à droite            Si nous consultons une Table des dB,
fonction de la tension, il faut connaî-         apparaît le nombre 0,6304 (figure 7).            nous voyons qu’un gain de 12,6 dB
tre l’amplitude en volts du signal appli-
qué à l’entrée et l’amplitude en volts          Cliquons maintenant sur la touche *
du signal prélevé à la sor tie. Suppo-          (signe de la multiplication) puis
sons par exemple que l’on applique              tapons 20 (le nombre 0,6304 sera
à l’entrée de l’étage préamplificateur
un signal de 1,4 V et que l’on prélève
en sor tie un signal d’environ 5,98 V,
sachant que la formule pour trouver
les dB en fonction de la tension est la
suivante :

                 dB =
 20 x log (volts sortie : volts entrée)

la première opération à exécuter est de
calculer le rapport entre la tension de
sortie et celle d’entrée :

                                                Figure 4 : Si à l’écran apparaît le clavier
                                                d’une calculatrice standard, pour faire ap-
                                                paraître la calculatrice scientifique cli-
                                                quez sur Visualiser puis sur Scientifique.




                                                                                                 Figure 6 : Si l’on applique à l’entrée d’un
                                                                                                 préamplificateur un signal de 1,4 V et
Figure 3 : Pour faire apparaître à l’écran                                                       si à la sortie on prélève un signal de
la calculatrice, cliquez sur Démarrer,          Figure 5 : Voici la calculatrice scienti-        5,98 V, nous pouvons savoir quel est son
pointez sur Programmes. Dans la fenê-           fique que vous avez appelée et qui va            gain en dB en calculant le logarithme du
tre de droite, pointez sur Accessoires et       vous servir à calculer la valeur des dB,         rapport entre ces tensions et en multi-
dans la fenêtre encore à droite, cliquez        comme cela est expliqué dans les figu-           pliant le résultat par 20, comme cela est
sur Calculatrice.                               res 7 à 14.                                      expliqué dans les figures 7 et 8.


                          ELECTRONIQUE et Loisirs magazine           139    Cours d’Electronique – Deuxième niveau
                                                         LE COURS




    Figure 7 : Après avoir calculé le rapport entre les volts          Figure 8 : Pour trouver la valeur en dB du rapport de ten-
    de sortie et les volts d’entrée, dans notre exemple 4,27,          sion 4,27, nous devons cliquer sur la touche * (multipli-
    tapons ce nombre puis cliquons sur la touche Log. Le               cation) puis taper 20 et enfin faire Entrée. Le résultat
    résultat apparaissant dans la fenêtre en haut doit ensuite         apparaissant en haut donne les dB correspondant au rap-
    être multiplié par 20.                                             port de tension 4,27.




    Figure 9 : Si nous connaissons une valeur exprimée en              Figure 10 : Après avoir tapé 10, soit le log en base 10,
    dB et si nous voulons le rapport en tension correspon-             cliquons sur la touche X^Y, puis tapons 0,7 (résultat de
    dant, nous devons tout d’abord diviser les dB par 20. Par          14 : 20), puis faisons Entrée et la fenêtre du haut affiche
    exemple, une valeur de 14 dB, divisée par 20.                      le rapport en tension 5,0118.



(en effet, nous avons pris en considé-      Toujours en utilisant la calculatrice                    0,2 x 5,012 = 1,00 V
ration 2 décimales après la virgule seu-    scientifique tapons 10 puis nous cli-
lement) correspond à une augmenta-          quons sur la touche x^y (voir figure            Si à l’entrée de ce même amplificateur
tion en tension, un gain en tension, de     10), puis tapons 0,7 et enfin faisons           nous appliquons un signal dont l’am-
4,266 fois.                                 Entrée.                                         plitude atteint la valeur de 1,3 V, à sa
                                                                                            sortie nous prélevons un signal de :
                                                        10 x^y 0,7 =
Calculer le gain en tension                     5,0118 rapport signal en volts                       1,3 x 5,012 = 6,51 V
quand on connaît seulement
la valeur en dB                             Note : la touche x^y visible figure 10
                                            sert à élever à la puissance y, dans            Calculer les dB quand on
Si nous connaissons le gain exprimé         notre cas 0,7, le nombre x, dans notre          connaît le rapport d’une
en dB d’un étage amplificateur et si        exemple 10.                                     puissance
nous voulons savoir de combien de fois
est amplifié en tension le signal appli-    Si nous contrôlons dans une Table               Pour calculer le gain ou l’atténuation
qué à l’entrée, nous devons utiliser la     des dB, nous voyons qu’un rapport               en dB en fonction de la puissance d’un
formule :                                   en tension de 14 dB correspond à un             étage amplificateur, il faut connaître la
                                            gain de :                                       puissance en watts du signal appliqué
         rapport en tension =                                                               à l’entrée et la puissance en watts du
            10 ^ (dB : 20)                               5,012 fois                         signal prélevé à la sortie.
                                                  (nombre arrondi par excès)
Supposons que l’étage amplificateur                                                         Supposons qu’on applique à l’entrée
examiné ait un gain en tension de           Donc si à l’entrée de cet amplifi-              d’un étage amplificateur de puissance
14 dB, la première opération à effec-       cateur nous appliquons un signal                un signal de 2 watts et qu’on prélève
tuer est de diviser les 14 dB par le        dont l’amplitude atteint une valeur de          à sa sortie 15,5 watts, sachant que la
nombre 20 :                                 0,2 V, à sa sor tie nous prélevons un           formule pour trouver les dB d’une puis-
            14 : 20 = 0,7                   signal de :                                     sance est la suivante :

                         ELECTRONIQUE et Loisirs magazine        140   Cours d’Electronique – Deuxième niveau
                                                         LE COURS




    Figure 11 : Après avoir calculé le rapport entre les watts         Figure 12 : Pour trouver la valeur en dB du rapport de
    de sortie et les watts d’entrée, dans notre exemple 7,75,          puissance 7,75, nous devons cliquer sur la touche * (mul-
    tapons ce nombre puis cliquons sur la touche Log. Le               tiplication) puis taper 10 et enfin faire Entrée. Le résul-
    résultat apparaissant dans la fenêtre du haut doit être            tat apparaissant en haut donne les dB correspondant au
    multiplié par 10.                                                  rapport de puissance 7,75.




    Figure 13 : Si nous connaissons une valeur exprimée en             Figure 14 : Après avoir tapé 10, soit le log en base 10,
    dB et si nous voulons le rapport en puissance correspon-           cliquons sur la touche X^Y, puis tapons 0,889 (résultat
    dant, nous devons tout d’abord diviser les dB par 10. Par          de 8,89 : 10), puis faisons Entrée et la fenêtre du haut
    exemple, une valeur de 8,89 dB, divisée par 10.                    affiche le rapport en tension 7,744.



           dB = 10 x log                            0,8893*10 = 8,89 dB                     examiné ait un gain de 8,89 dB, la pre-
    (watts sortie : watts entrée)                                                           mière opération à exécuter est de divi-
                                            Si nous regardons dans la Table des             ser la valeur en dB par le nombre 10
la première opération à exécuter est de     dB, nous voyons qu’une augmentation             (figure 13) :
calculer le rapport entre la puissance      de puissance de 7,75 fois correspond
prélevée à la sortie et celle appliquée     à un gain de 8,89 dB.                                      8,89 : 10 = 0,889
en entrée :
                                                                                            Toujours en utilisant la calculatrice
          15,5 : 2 = 7,75                   Calculer le gain en puissance                   scientifique tapons 10, puis cliquons
(rapport entre les deux puissances)         quand on connaît seulement                      sur la touche x^y puis tapons le nom-
                                            la valeur en dB                                 bre 0,889 et enfin faisons Entrée :
Connaissant le rapport entre les deux
puissances, calculons, toujours en uti-     Comme pour les volts, pour les watts                       10 x^y 0,889 =
lisant la calculatrice scientifique, le     aussi il est possible de faire l’opéra-             7,744 rapport signal en watts
logarithme de 7,75 : tapons le nombre       tion inverse, soit de calculer combien
7,75 puis cliquons sur la touche Log.       de fois est amplifié en puissance un            Donc si à l’entrée de cet étage ampli-
Dans la fenêtre en haut à droite appa-      signal appliqué à l’entrée d’un amplifi-        ficateur nous appliquons un signal de
raît le nombre 0,8893 (figure 11).          cateur dont on connaît le gain en dB.           0,15 watt, nous prélevons à la sortie
                                            La seule différence entre cette formule         un signal de :
Cliquons maintenant sur la touche *         et la précédente est le diviseur : c’est
(signe de la multiplication), puis tapons   10 au lieu de 20. Ce qui donne la for-                 0,15 x 7,744 = 1,16 watt
10 (le nombre 0,8893 est multiplié          mule ci-dessous :
par 10) et enfin faisons Entrée : dans                                                      Si à l’entrée de ce même amplificateur
la fenêtre du haut apparaît le nombre               rapport en puissance =                  nous appliquons un signal de 2 watts,
8,89 dB (figure 12).                                    10 ^ (dB : 10)                      à sa sortie nous prélevons un signal
                                                                                            de :
          7,75 log = 0,8893                 Supposons que l’étage amplificateur                     2 x 7,744 = 15,48 watts

                         ELECTRONIQUE et Loisirs magazine        141   Cours d’Electronique – Deuxième niveau
                                                        LE COURS

Convertir un rapport
de tension en puissance                                  2 VOLTS                                                       7,96 VOLTS
et vice-versa                                                    4   6                                                          4   6
                                                             2            8                                                 2           8
                                                         0                    10                                        0                   10



                                                                 VOLT                                                           VOLT
Si nous connaissons le rapport en ten-
sion nous pouvons trouver le rappor t
en puissance en élevant le nombre
au carré. Si nous prenons par exem-
ple une valeur de 12 dB, nous savons                                                       AMPLIFIE 12 dB
qu’elle correspond à un rapport de ten-
sion de 3,981 fois.                           Figure 15 : Si nous appliquons à l’entrée d’un transistor ayant un gain de 12 dB
                                              (soit un rapport en tension de 3,981) un signal de 2 V, nous prélevons à la sortie
                                              un signal de : 2 x 3,981 = 7,96 V.
Si nous voulons obtenir le rapport en
puissance correspondant, nous devons
seulement élever au carré le nombre
du rapport en tension :
                                                         2 VOLTS                                                       0,5 VOLT
3,981 x 3,981 = 15,8483 rapport en                       0
                                                             2
                                                                 4   6
                                                                          8
                                                                              10                                        0
                                                                                                                            2
                                                                                                                                4   6
                                                                                                                                        8
                                                                                                                                            10


     puissance arrondi à 15,85                                   VOLT                                                           VOLT


Il suffit de regarder la Table des dB,
dans la colonne Tension et dans la
colonne Puissance, les valeurs corres-                                                     ATTENUE 12 dB
pondant à 12 dB et nous trouvons :
                                              Figure 16 : Si nous appliquons à l’entrée d’un filtre atténuant de 12 dB (soit
  dB           Tension     Puissance          un rapport en tension de 3,981) un signal de 2 V, nous prélevons à la sortie un
 12 dB         3,981         15,85            signal de seulement : 2 : 3,981 = 0,5 V.

Quand on connaît le rapport en puis-
sance, on peut trouver le rapport en                 2 x 3,981 = 7,96 V                                     850 : 2,818 = 301,6 µV
tension en calculant la racine carrée du
nombre. Afin de simplifier notre opéra-     Second exemple : un filtre atténue en                    Si en utilisant cette même antenne
tion, prenons 12 dB car nous savons         tension 12 dB, si nous appliquons à                      directive, avec son gain de 9 dB,
déjà que son rapport de puissance           son entrée un signal dont l’amplitude                    nous lisons une tension à ses bor-
est de 15,85 fois. Si maintenant nous       est de 2 V (figure 16), quelle sera l’am-                nes de 400 µV, il est évident qu’en
voulons connaître la valeur correspon-      plitude du signal à sa sortie ?                          utilisant le simple dipôle nous allons
dante du rapport en tension, il suffit                                                               mesurer à ses bornes un signal de
d’extraire sa racine carrée :               Solution : en regardant dans la Table                    seulement :
                                            des dB nous trouvons que 12 dB cor-
 √15,85 = 3,981 rapport de tension          respond à un rapport en tension de                              400 : 2,818 = 141,9 µV
                                            3,981 et donc à la sortie nous prélève-
                                            rons un signal de :
Les dB utilisés                                                                                      Gain d’une
comme gain ou                                          2 : 3,981 = 0,5 V                             antenne en émission
bien comme atténuation
                                                                                                     La plupart des constructeurs ama-
Le rapport correspondant aux dB peut        Gain d’une                                               teurs d’émetteurs cherchent à obtenir
être utilisé pour calculer un gain ou une   antenne en réception                                     une puissance d’émission élevée en
atténuation. Si nous voulons exprimer                                                                utilisant dans l’étage final des transis-
un gain, avec le rapport reporté dans       Quand on achète une antenne pour                         tors de puissance aussi onéreux que
la colonne Tension ou Puissance (voir       recevoir un signal HF, son gain exprimé                  critiques à régler (et faciles à griller
Table des dB), nous devons effectuer        en dB est toujours référé à la tension                   au cours, justement, de la mise au
une multiplication, alors que si nous       que l’on relèverait aux bornes d’un sim-                 point !) : c’est qu’ils ne savent pas
voulons exprimer une atténuation, nous      ple dipôle ayant un gain de 0 dB, uti-                   qu’en reliant à la sortie d’un émetteur
devons effectuer une division.              lisé pour capter le même signal. Sup-                    de faible puissance une antenne direc-
                                            posons qu’on ait acheté une antenne                      tive, sa puissance peut être décuplée
Premier exemple : un transistor a un        directive d’un gain de 9 dB, ce nombre                   (x 10 et davantage).
gain de 12 dB et nous voulons savoir        ne nous dit rien et même si nous regar-
quelle tension peut être prélevée à sa      dons dans la Table des dB nous voyons                    Si, par exemple, nous avons un étage
sortie quand nous appliquons à son          que 9 dB correspondent à un gain en                      final HF en mesure de produire un
entrée un signal dont l’amplitude est       tension de 2,818 fois. Si nous relions                   signal d’une puissance de 5 W et si
de 2 V (figure 15).                         l’antenne directive à un mesureur de                     nous appliquons cette puissance à
                                            champ (ou champmètre), figure 17,                        une antenne directive ayant un gain
Solution : en regardant dans la Table       nous mesurons un signal de 850 µV                        de 10,5 dB, le signal rayonné est
des dB nous trouvons que 12 dB cor-         (microvolts) : on comprend que si l’on                   équivalent à celui que délivrerait un
respond à un rapport en tension de          relie maintenant le simple dipôle (figure                émetteur de 56,1 W dans un dipôle
3,981 et donc à la sortie nous prélève-     18) nous allons mesurer un signal de                     de gain 0 dB. En effet, si nous
rons un signal de :                         seulement :                                              regardons la Table des dB dans la

                         ELECTRONIQUE et Loisirs magazine                142       Cours d’Electronique – Deuxième niveau
                                                        LE COURS




 Figure 17 : Si nous avons une antenne directive d’un gain de 9 dB, il suffit de
 regarder la Table des dB pour savoir que cela correspond à un gain de 2,818. Si
 nous mesurons sur un champ-mètre un signal de 850 µV, le signal arrivant sur
 l’antenne n’est que de 301 µV.




  Figure 18 : En effet, si nous essayons de capter le signal reçu par l’antenne
  directive de la figure 17 avec un simple dipôle (gain 0 dB), aux bornes de ce
  dernier nous ne captons qu’un signal de 301 µV. Si nous mesurons aux bornes
  du dipôle un signal de 142 µV, aux bornes de l’antenne directive de la figure 17
  nous capterons un signal de : 142 x 2,818 = 400,15 µV.


colonne Puissance (W), nous voyons          Supposons que nous utilisions une
en correspondance des 10,5 dB un            antenne directive d’un gain inférieur,
rappor t de 11,22 et donc nos 5 W           par exemple 6 dB : il suffit de regar-
sont devenus :                              der dans la Table des dB sur la ligne
                                            6 dB pour voir qu’ils correspondent à
         5 x 11,22 = 56,1 W                 un gain de puissance de 3,981 fois et
                                            donc notre étage final de 5 W rayon-
Par conséquent, si nous avons d’un          nera une puissance égale à celle d’un
côté un émetteur délivrant une puis-        émetteur de :
sance de 56,1 W et si pour rayon-
ner ce signal nous utilisons un sim-                5 x 3,981 = 19,90 W
ple dipôle et de l’autre un émetteur
de 5 W avec une antenne directive           utilisant un simple dipôle de 0 dB de
de 10,5 dB de gain, quelqu’un qui, à        gain.
distance, capterait les deux signaux
ne noterait aucune dif férence de
puissance.                                                           NNN A Suivre

                         ELECTRONIQUE et Loisirs magazine     143   Cours d’Electronique – Deuxième niveau
          -2
                                                         LE COURS

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     N 2
       N°
  ÇO AU
LE IVE
N




                                               Apprendre
                l’électronique
                            en partant de zéro
                                               Quid des dB
                                                            (2)

    Gain en puissance
    d’un transistor HF

    Quand on acquiert un amplificateur
    linéaire HF à relier à la sortie d’un
    émetteur afin d’en augmenter la puis-
    sance, ou bien un transistor HF pour
    réaliser un étage final de puissance,
    il faut toujours contrôler leur gain en
    dB, noté Gp (Gain Power) ou Pg (Power
    Gain). Si, par exemple, on achète un
    transistor HF de 45 W pour réaliser un
    étage final de puissance, il ne faut pas
    croire qu’en appliquant à son entrée
    n’importe quel signal HF on va réussir
    à prélever à sa sortie une puissance
    de 45 W. Cette puissance de 45 W
    peut être prélevée seulement si à l’en-
    trée on applique une puissance égale
    à la puissance de sortie, soit 45 W,
    divisée par le gain caractéristique du
    composant.

    Si deux transistors produisent la même
    puissance mais s’ils ont des gains
    Gp différents, comme indiqué ci-des-
    sous :

               transistor A =
     puissance maximale 45 W Gp 7 dB

              transistor B =
    puissance maximale 45 W Gp 11 dB

    nous pouvons tout de suite affirmer           dB       Tension       Puissance       Si nous prenons le transistor A,
    que le transistor A est moins sensi-          6         1,995         3,981          ayant un rappor t de puissance de
    ble que le transistor B car il a une                                                 5,012, nous savons que pour préle-
                                                  7         2,239         5,012
    valeur de Gp de 7 dB contre 11 dB                                                    ver en sor tie la puissance maximale
    pour le B. Afin de connaître la dif fé-       8         2,512         6,310          de 45 W il nous est nécessaire d’ap-
    rence entre ces deux transistors, il          9         2,818         7,943          pliquer à l’entrée (figure 23) une puis-
    suf fit de regarder dans la Table des         10        3,162         10,00          sance de :
    dB le rappor t des valeurs de puis-
    sance de 7 dB et 11 dB.                       11        3,548         12,59                  45 : 5,012 = 8,87 W

                             ELECTRONIQUE et Loisirs magazine   144   Cours d’Electronique – Deuxième niveau
                                                       LE COURS




                                    Figure 19 : Le gain d’une
                                    antenne se mesure en ré-
                                    ception comme en émis-
                                    sion. Si nous avons une an-
                                    tenne directive d’un gain
                                    de 10,5 dB et si à ses bor-
                                    nes nous appliquons un si-
                                    gnal de 5 W seulement,
                                    l’antenne rayonne une puis-
                                    sance égale à celle que
                                    peut rayonner un émetteur
                                    de 56,1 W relié à un sim-
                                    ple dipôle.




                                                                   Figure 20 : Quelqu’un recevant à distance le signal rayonné
                                                                   par l’émetteur de 5 W relié à une antenne directive d’un gain
                                                                   de 10,5 dB, d’une part et, d’autre part, le signal rayonné par
                                                                   un émetteur de 56,1 W relié à un dipôle d’un gain de 0 dB,
                                                                   ne relève aucune différence de puissance entre les deux.


Si nous prenons le transistor B, ayant              45 : 12,59 = 3,57 W                   à sa sor tie. S