Détecteur de Niveau d'Eau de Lave-Glace

République Algérienne Démocratique et Populaire Ministère de l’Enseignement Supérieur et de la Recherche

Scientifique

UNIVERSITE ABDERAHMANE MIRA -BEJAIA Faculté de la technologie

Département electronique

Mémoire de fin de cycle En vue de l’obtention du diplôme des études universitaires appliquées (D.E.U.A)

Option : communication

Thème

Etudes et realisation d’un détecteur de

niveau d’eau de lave-glace

Présenté par

SIBOUS Mouhand.

BOUMEDJMADJEN Sofiane.

Promoteur

Mr GEURMOUZ

Promotion 2010 Remerciements

En premier lieu, on remercie le Dieu, de nous avoir donné la force et la patience

pour pouvoir mener ce travail à terme.

Nous tenons à remercier également nos Encadreurs, Monsieur GEURMOUZ, pour

avoir dirigé ce travail, pour leurs précieux conseils, leurs encouragements et leur disponibilité

à la réalisation de ce mémoire.

On tient aussi à remercier le président de jury ……. et Messieurs les mombres de

jury Mr ………….. D’avoir bien voulu accepter d’examiner notre travail.

Que toute personne ayant contribué de prés ou de loin à la réalisation de ce mémoire

trouve ici l’expression de nos sincères remerciements.

Dédicaces

Je dédie ce travail à tous ce qui sont chers à moi :

Ma Mère et mon père que j’aime beaucoup.

A la mémoire de mon grand père (Arezki).

A mes frères, mes soeures.

Ma chère helene beaudoin.

A mes nièces Tenhinane Nevine pour leurs soutient, en leur souhaitant le bonheur.

A tous mes amis Faride tché, Hamza Maouche, Mohamed et ali …

B. Sofiane

Je dédie ce travail à tous ce qui sont chers à moi

A ma Mère pour son amour, son soutien morale, et sa patience.

A Mon Père pour son encouragement et son soutient

S. Mouhande

Sommaire

Introduction générale …………………………………………………………………..…….01

Chapitre I (Généralité sur les détecteurs de niveau d’eau).

I.1 introduction………………………………………………...………………..…….…….……02

I.2 détection de niveau par flotteur……………………………………………………….….02

I.3 détection de niveau par micro-ondes……………………………………………………..04

I.4 détection de niveau par lames vibrantes ………………………………………………….05

I.5 détecteur de niveau à palettes rotatives ………………………………………………….06

I.6 méthodes électriques de mesure de niveau……………………………………………….07

I.6.1 sondes conductrices …………………………...………………………………………….…...07

I.6.2 sondes capacitives…………………….…………………………………………...………08

I.7 détecteur de niveau optique……………………………………………………………... 08

I.8 détecteur de niveau par fibre-optique ……………………………………………………09

I.9 détection de niveau par sonde(s) de conductivité…………………………………...……09

Conclusion………………………………………………………..………………………..…...11

Chapitre II (Les portes logiques)

II.1 introduction…………………………………………………….…………..……...……..12

II.2 porte logique NON………………………………………………………………………12

II.3 porte logique ET …………………………………………………………...…..…………13

II.4 porte logique OU………………………………………………………………...………...14

II.5 technologie des fonctions logiques TTL et CMOS……………………….………………..15

II.5.1 La famille TTL…………... ………………….………………………………….…15

II.5.2 Caractéristiques de cette famille…………………………..…..………………15

II.5.3 les avantages de la TTL………………………………..………………...………15

II.5.4 les Inconvénients de la TTL……….…………………………………………………15

II.5.5 La famille CMOS…….……………………………………………...………16

II.5.6 L’avantage de cette technologie……………………………………………………....16

II.5.7 L’inconvénient de cette technologie…………………………………….…………….16

II.5.8 Paramètres caractérisant de ces deux familles technologiques ………………….…..16

a) Les paramètres d'entrées

b) Les paramètres de sorties

c) Caractéristiques générales de TTL

d) Caractéristiques générales de CMOS

II.5.9. La différance entre CMOS et TTL …………………..…………….……………….17

Conclusion……………….……………………………………………………………..17

Chapitre III

(Les semi-conducteurs)

III introduction…………………………………………………………………….…………18

III.1 la diode ………………………………………………………………….……………………….18

III.1.1 définition…………………….…………………………………………………..………18

III.1.2 symbole de la diode ……………………………………………………………….…19

III.1.3 Caractéristiques courant tension d’une diode a jonction …………...………….….…19

III.1.4 les trois approximations d’une diode………. ……..…………………………………20

a) Diode idéale

b) Diode avec seuil

c) Diode avec seuil et résistance

III.1.5 Applications usuelles………………………..…………………………………………..22

III.1.6 domaines d’utilisation…………………………...……………………….………………….22

III.2 diode ZENER………………………………...…………………………………………..23

III.2.1 Symbole de la diode ZENER………………...………………………………………23

III.2.2 Caractéristique de la diode ZENER…………………………………………………..24

III.2.3 Résistance différentiel ……………...………………………...…………………………..24

a) Source de tension constante

b) Fonctionnement en charge

III.3 les transistors……………..……………………………………………………………25

III.3.1 Introduction………………………….……………………………………………….25

III.3.1 définition………………………………………………………………………………26

III.3.2 Transistor en commutation……………………………………………………………26

III.3.3 Symbole de transistor bipolaire…………………………...…………………………….26

III.3.4 Caractéristique de transistor………………………………...…………….……………26

III.3.5 Caractéristiques générales…………………………………………………………….28

III.3.6 Application…………………………………………………………………………….28

III.3.7 Emploie …………...………………………...…………………………………………….28

Chapitre IV

(Description des circuits fondamentaux)

Introduction ……………………………………………………………………………….…29

IV.1 circuit RC en commutation………………………………………………….………….29 IV.1.1 lois de la charge d’un condensateur ……………………………………………….…29

IV.1.2 lois de décharge d’un condensateur ……………………………………...………......…30

IV.1.3 Expression générale da la charge et décharge d’un condensateur …………...………32

IV.1.4 transmission du potentiel sur un condensateur ………………………………………32

IV.1.5 le condensateur initialement déchargé ……………………………………………….33

Conclusion ………………...…………………………………………………………………35

IV.2 Oscillateur ………………………………………………………..……………………35

http://fr.wikipedia.org/wiki/Caract%C3%A9ristique_(%C3%A9lectricit%C3%A9)

IV.2.1 définition……………… ..……………………………………………………………35

IV.2.2 différent types d’oscillateurs………………………………..…..……………………35

a. Les oscillateurs sinusoïdaux ……………..…………………….………….…..……35

b. les oscillateurs non sinusoïdaux (multivibrateur) ……………..…………..….…….35

IV.3 Oscillateur monostable…………………...……………………………………………36

IV.3.1 Définition…………………………………………………………………………….36

IV.3.2 Etude d’un monostable à porte MOS…………………………………………………37

Chapitre V (Description des circuits fondamentaux de la réalisation)

Introduction…………………………………………………………………...…………...…40

V.1 Le principe de fonctionnement …………………………………………….….…..……40

V.2 Le circuit d’alimentation…………..……………...………………………….………..…..42

V.3 Le circuit intégré…………………………..…………………………………………….42

V.4 Le circuit oscillateur…………………………...….………………………………………...42

V.5 Le circuit monostable……………………………………………………………….…..44

V.6 L’étage intégrateur………………………………………………………………………45

V.7 réalisation pratique ……………………………………………………………………...46

Introduction……………...………………………………………………………………46

V.7.1 Le circuit imprimé…………………………………………………………………….47

V.7.2 Implantation des composants …………………...…………………………….………48

V.7.3 préparation du boitier …………………………………………………………………50

V.7.4 Réalisation de la sonde ………………………………………………………………..50

V.7.5 Soudure ……………………………………………………………………………….51

V.7.6 Photo de l’implantation des éléments de circuit…………………………………...….52

V.7.7 Essais ………………………………………………………………………………….52

V.7.8 Installation …………………………………………………………………………….52

V.7.9 Photo de montage réalisé …………………………………………………………….53

Conclusion……….……………………………………………………………………54

Conclusion générale ………………………………………………………………………….55

Références bibliographiques

Annexe

LISTE DES FIGURES

Figure I.1 : détection de niveau par flotteur………….………………………………...……..03

Figure I.2 : détection de niveau par micro-ondes………….…………………………..………04

Figure I.3 : détection de niveau par lames-vibrantes…………….……...……………………...05

Figure I.4 : détection à palette rotative…………………………….………….……………06

Figure I.5 : détecteur de niveau par sondes………………………………..………………….07

Figure I.6 : détecteur de niveau optique……………………………………….……………...08

Figure I.7 : détecteur de niveau avec fibre-optique…………………………………..………09 Figure I.8 : détecteur de niveau par sonde (s) de conductivité………………...………...…10 Figure II.1 : symbole de la porte NON (norme européenne)…..……………...…………..….12

Figure II.2 : table de vérité (NON)…..……………………..……………………………….…13

Figure II.3 : symbole de la porte ET (norme européenne)………….……………………...…13

Figure II.4 : table de vérité ET……………………………………………………………………13

Figure II.5 : symbole de la porte OU (norme européenne)……………………………………….14

Figure II.6 : table de vérité (OU)…….…………………………………………………………14

Figure III.1 : symbole de la diode………………………………………...…………………...19

Figure III.2 : Caractéristiques courant tension d’une diode a jonction………………………19

Figure III.3: Caractéristique de la diode idéale…...…………………………………………..21

Figure III.4 : Caractéristique de la diode avec seuil…………………………………...……..21

Figure III.5 : Caractéristique de la diode avec seuil et résistance……………………………22

Figure III.6 : symbole de la diode ZENER……………………….……………………………23

Figure III.7 : caractéristique de la diode ZENER …………………………………...………24

Figure III.8 : stabilité de la tension ou bornes de la diode ZENZR…………………………..25

Figure III.9 : fonctionnement en charge de la diode ZENER………………………………..25

Figure III.10 : transistor bipolaire…………………………………………………………….26

Figure III.11 : la tension VBE en fonction IB………………………………………………...27

Figure III.12 : La caractéristique de transfert……………………………...…………………27

Figure III.14 : caractéristique de transistor………….………………………………...…………..28

Figure IV 1 : circuit RC………………………………………………………………………29

Figure IV 2: chronogramme de charge et décharge d’un condensateur……………………...30

Figure IV.3 : signaux de fréquence 100kHz………………………………………………….33

Figure IV.4 : potentiel d’un armateur de condensateur………………...…………………….34

Figure IV.5 : monostable avec ces signaux de sortie………………………………………....36

Figure IV.6 : monostable à portes non ………………………………………………………37

Figure IV.7 : chronogramme d’un monostable…………………………….…………………38

Figure V.1 : synoptique du montage………………………………………………………….40

Figure V.2 : Schéma de principe……………………………………………………………...41

Figure V.3 : circuit d’alimentation……………………………………………………………42

Figure V.4 : bloc d’oscillateur………………………………………………………………..43

Figure V.5 : Oscillogramme dont le niveau d’eau est insuffisant……………………………43

Figure V.6 : Oscillogramme de sortie dont le niveau d’eau est suffisant……………………44

Figure V.7 : monostable a portes NON……………………………………………………....44

Figure V.8 : signaux de sortie d’un monostable………...……………………………………45

Figure V.9 : étage intégrateur………………………………………………………………...45

Figure V.10 : Chronogramme de sortie de monostable à la fréquence 50Hz………………..46

Figure V.11 : Chronogramme de sortie du monostable à la fréquence 2000 Hz……………46

Figure V.12 : Circuit imprimé………………………………………………………………..47

Figure V.13 : implantation des éléments à l’échelle…………………………………………49

Figure V.14 : Plan de perçage de la face avant du coffret…………………………………...50

Figure V.14 : Le tracé de circuit imprimé……………………………………………………51

Figure V.15 : image de montage réalisé……………………………………………………...52

Figure V.16 : montage réalisé………………………………………………………………..53

Introduction générale

1

Introduction générale

L’évolution de l’électronique et la diversité de ces composants ont offert dans tous les

domaines de la vie quotidienne un champ d’application très vaste dont ses limites

s’élargissent sans cesse.

Tout être vivant est doté de sens lui permettant d’être renseigné sur certain élément

du milieu extérieur. De nature physique (vue, toucher, audition) ou chimique (gout odorat).

Mais si nos sens sont à même de fournir des informations sur le milieu extérieur, ces derniers

sont limités par le manque de précisions fournis. Certains phénomènes ne peuvent même pas

être sentis, Tel que le magnétisme. Aussi l’homme a crée et inventé des outils (capteurs,

détecteurs) lui permettant de surmonter cet handicap.

On effet Les détecteurs jouent un rôle de plus en plus important. Ce sont eaux qui

permettent de détecter les phénomènes de hautes natures qui agissent sur l’environnement de

l’homme. Avec l’évolution de la technologie en générale et de l’électronique en particulièr,

leur importance s’accroit, car ils permettent d’assurer la liaison entre l’homme, la machine et

l’environnement.

C’est pour quoi il été intéressant dans le cadre de notre projet de développer ce sujet

sur le détecteur de niveau d’eau de lave-glace.

Pour se faire notre travail sera réparti comme suit :

Introduction

Chapitre I : généralité sur les detecteurs

Chapitre I Généralité sur les détecteurs de nivau d’eau

2

I - Généralité sur les détecteurs

I.1 Introduction :

Un détecteur est un dispositif technique (instrument, substance, matière) qui change d'état

en présence de l'élément ou de la situation pour lequel il a été spécifiquement conçu.

Des fonctions supplémentaires peuvent apporter des précisions qualitatives ou quantitatives

sur la nature du phénomène observé.

Les détecteurs sont donc des systèmes en général d'un coût moins élevé que celui des

dispositifs de mesure continue mais fiables car la sécurité des personnels et des installations

repose souvent sur eux.

Si la plupart des automobiles disposent aujourd’hui d’un lave-glace électrique, peu

sont équipées d’un détecteur de niveau d’eau. Pourtant, il est très dangereux de conduire si le

pare-brise est sale, surtout la nuit.

En effet, sur route mouillée, les projections d’eau et de boue de véhicule qui vous

précède vous obligent à utiliser souvent le lève-vitre dont le niveau d’eau diminue

rapidement. C’est pour cela qu’il est utile de réaliser un détecteur pouvant nous informer sur

l’état de niveau d’eau du bocal.

Dans ce chapitre nous allons citer quelque méthodes de détection de niveau les plus utilisés.

I.2 Détection de niveau par flotteur : [1]

Un flotteur est guidé par un tube non magnétique étanche qui le traverse en son

centre et le long duquel il se déplace verticalement. A l'intérieur du flotteur se trouve un

aimant permanent. De même, à l'extrémité du tube se trouve un aimant fixe de pôle opposé à

celui de l'aimant mobile situé dans le flotteur. Ces deux aimants ont tendance à se repousser,

donc un liquide de faible densité peut aussi déplacer le flotteur lors de la montée de son

http://fr.wikipedia.org/wiki/Instrument_de_mesure

http://fr.wikipedia.org/wiki/Substance

http://fr.wikipedia.org/wiki/Mati%C3%A8re

http://fr.wikipedia.org/wiki/Ph%C3%A9nom%C3%A8ne


3

niveau. Lorsque le niveau monte, l'aimant du flotteur passe autour de la capsule du relais

bistable (type Reed) dont le contact change d'état. Ses lamelles contact sont en effet sensibles

à l'action du champ magnétique. Ce contact ne s'inversera qu'au passage du flotteur à la

descente du niveau.

Figure I.1: Détection de niveau par flotteur

a. Avantage :

Simplicité, coût, indépendance par rapport aux caractéristiques physiques (en particulier la

masse volumique) et électriques du produit.

b. Inconvénient :

Ne convient qu'avec les liquides et à condition qu'ils soient peu corrosifs, peu agités, peu

chargés de particules susceptibles de se déposer, nécessite un entretien (usure, corrosion,

dépôts, ...)


4

I.3 Détection de niveau par micro-ondes :

On appelle parfois ce dispositif une barrière à micro-ondes. Ici, le faisceau d'ondes

électromagnétiques à très haute fréquence (ondes "radar" de fréquence de l'ordre de plusieurs

GHz soit une longueur d'onde comprise entre le mm et le m) est émis selon un axe horizontal.

Lorsque le produit s'interpose entre l'émetteur et le récepteur, l'onde perçue par ce dernier est

affaiblie. Le circuit électronique traitant le signal de réception change alors l'état d'un contact

ou la valeur du signal binaire de sortie.

Les micro-ondes traversent les parois en plastique (P.V.C, polyéthylène, téflon, ...)

mais pas les parois métalliques. Donc l'émetteur et le récepteur sont protégés du produit par

une paroi en plastique ou en verre, la paroi latérale métallique du réservoir étant percée de

deux trous en vis-à-vis. Avec un réservoir en plastique, le montage peut être entièrement

extérieur.

Figure I.2 : Détection de niveau par micro-ondes

a. Avantage :

Mesure sans contact, convient pour de très nombreux produits liquides ou solides (en

poudre, granulés ou en vrac), pas d'influence des poussières ou de la vapeur, nécessite

peu d’entretien.

b. Inconvénient :

Ne convient pas pour les produits plastiques.


5

I.4 Détection de niveau par lames vibrantes :

Deux lames métalliques parallèles agencées côte à côte sur une membrane métallique

sont amenées par effet piézo-électrique à leur fréquence de résonance. Lorsqu'elles entrent en

contact avec le produit, la fréquence ainsi que l'amplitude de vibration de ces deux lames

diminuent.

Figure I.3: Détection de niveau par lames vibrantes

a. Avantage :

Dispositif convenant aussi bien aux liquides (même visqueux, assez corrosifs, ou

assez chargés de particules solides) qu'aux solides en poudre ou en grains de granulométrie

jusqu'à 10 mm, peu encombrant (il suffit d'un piquage de diamètre 25 mm), robuste,

pratiquement sans usure donc sans entretien (pas de pièces mobiles).

b. Inconvénient

Contact avec le produit, ne convient pas aux fluides très corrosifs ou très chargés de

particules solides pouvant se déposer et bloquer les lames, aux solides de granulométrie

supérieure à 10 mm, pression maximale de service limitée (ex: 20 bars).


6

I.5 Détecteur de niveau à palettes rotatives :

Ce principe est utilisé avec les produits solides pulvérulents. Un moteur fait tourner

lentement une ou plusieurs palettes métalliques (exemple du schéma ci-dessus: 4 plaques

rectangulaires soudées en croix sur l'arbre du moteur). Lorsque le produit entrave la rotation

des palettes, le couple résistant augmente. Un dispositif mécanique ou électrique détecte cette

variation du couple et actionne un contact.

Figure I.4: Détecteur de niveau à palettes rotatives

Le dispositif mécanique est par exemple un déplacement du moteur lorsque son

couple résistant augmente ce qui actionne un contact, un ressort ramenant le moteur en

position normale quand le niveau du produit est redescendu.

Le dispositif électrique est basé sur la détection d'une augmentation de l'intensité du

courant consommé par le moteur du fait de l'augmentation du couple à fournir pour faire

tourner les palettes en présence de produit.

a. Avantage :

Simple, économique, pas de réglage nécessaire, montage vertical ou horizontal

b. Inconvénient :

Ne convient qu'aux solides de granulométrie jusqu'à 10 mm (pulvérulents, granuleux,

en vrac à condition de ne pas détériorer le détecteur), non abrasifs.


7

I.6 Méthodes électriques de mesure de niveau :

Elles utilisent les propriétés électriques des liquides dont on veut mesurer ou

contrôler le niveau et sont les seules à utiliser des capteurs traduisant directement le niveau en

signal électrique.

I.6.1 Sondes conductrices :

Elles ne conviennent que pour les produits conducteurs (liquides, pâtes, granuleux...),

ne sont pas sujettes à l'usure et permettent la détection d'un niveau haut, bas ou intermédiaire.

Ces sondes sont dotées d'une ou plusieurs électrodes selon les modèles.

Figure I.5 : détecteur de niveau par sondes

Chaque électrode est installée par un passage étanche de telle sorte que leur extrémité

inférieure se situe au niveau à détecter. Elle doit être isolée électriquement de la masse du

réservoir quand il est métallique. Dés que le liquide touche une électrode, il met à la masse un

circuit alternatif basse tension. La masse est constituée soit par le réservoir métallique, soit

par une deuxième électrode quand le réservoir n'est pas métallique. Le faible courant

parcourant l'électrode est d'amplitude proportionnelle à la longueur d'électrode immergée et

suffit à actionner un relais.

On utilise une basse tension alternative afin d'éliminer tout risque d'électrolyse du

liquide.


8

I.6.2 Sondes capacitives :

Elles sont d'un emploi plus répandues que les précédentes et fonctionnent à l'aide

d'une électrode plongeante dans le réservoir.

Pour les produits isolants (huile, pétrole...) la sonde est constituée d'une tige métallique isolée

du réservoir. Quand la sonde est découverte, le diélectrique est alors l'air ambiant (constante

diélectrique = 1). En présence d'un produit isolant, la capacité du condensateur augmente sous

l'effet de produits qui possèdent une constante diélectrique supérieure à 1. Cette variation de

capacité est traitée pour actionner un relais ou fournir un signal de sortie proportionnel au

niveau du produit.

Sondes capacitives " Milltronics "

I.7 Détecteur de niveau optique :

Le faisceau lumineux étroit et directif, d'axe horizontal d'une lampe est détecté par

une cellule photoélectrique. Lorsque le niveau de liquide (non transparent) intercepte ce

faisceau, l'intensité lumineuse reçue par la cellule diminue. Si le liquide est transparent (par

exemple, de l'eau propre), il peut aussi réfléchir un faisceau lumineux oblique vers une cellule

qui ne le détecte alors qu'à un niveau haut.

Figure I.6: Détecteur de niveau optique


9

I.8 Détecteur de niveau par fibre optique :

L'indice de réfraction du liquide est différent de celui de l'air. Lorsque le niveau est

bas le rayon lumineux arrivant dans la fibre optique est réfléchi par son extrémité en forme de

prisme et détecté à sa sortie. Par niveau haut, le rayon est réfracté dans le liquide.

a. Avantage: Simple, économique,

b. Inconvénients:

Ne convient qu'aux liquides calmes, sans mouse, ne comportant pas trop de

particules solides susceptibles de se déposer, n'attaquant pas le verre ou les plastiques

transparents (ex: plexiglas, altuglas), Ne convient qu'aux atmosphères gazeuses pas trop

denses ni changeantes, entretien (nettoyage périodique), température de service limitée.

Figure I.7: détection de niveau avec fibre optique

I.9 Détection de niveau par sonde(s) de conductivité :

Une sonde (électrode, simple tige métallique d'axe vertical isolée de la masse du

réservoir) a son extrémité inférieure toujours immergée dans le liquide. Celui-ci est

conducteur de l'électricité (ex: eau, acide). Lorsque le niveau monte, ce liquide arrive en

contact avec l'extrémité de la deuxième sonde située plus haut. Le circuit électrique est alors


10

fermé, un courant alternatif sous très basse tension passent entre ces deux électrodes. Cette

variation de résistance du milieu qui passe de l'état d'isolant (gaz ou vapeur) à l'état

conducteur (liquide) produit une variation de tension détectée par un circuit électronique qui

change l'état d'un contact ou d'un signal de sortie.

Le circuit électronique permet de régler la valeur du seuil de résistance entre

électrodes en dessous duquel on veut que le contact change d'état.

Il est simple de placer plusieurs détections de niveau (très basse, basse, haute, très haute, ...)

en utilisant des sondes (électrodes) de longueurs différentes.

On remplace parfois l'électrode la plus longue dont l'extrémité doit toujours être immergée par

la masse du réservoir s'il est métallique.

Une électrode peut aussi être montée horizontalement si on dispose d'un piquage latéral sur le

réservoir.

On utilise un courant alternatif sous faible tension pour éviter tout risque d'électrocution et

sous faible intensité pour qu'il n'y ait pas d'électrolyse du liquide dont on mesure le niveau.

Figure I.8: Détection de niveau par sonde(s) de conductivité


11

a.avantage :

Simplicité, coût, indépendance par rapport aux caractéristiques physiques du produit

(en particulier sa masse volumique).

b. Inconvénient :

Ne convient qu'avec les liquides et à condition qu'ils soient conducteurs électriques

(eau, acides, solutions), peu corrosifs (sinon, remplacer périodiquement les électrodes, leur

cout étant faible), peu chargés de particules susceptibles de se déposer.

Conclusion :

Dans cette partie nous avons donné quelques méthodes utilisées pour la détection de

niveau d’eau et de liquide en générale.

La détection d'un niveau est une simple comparaison de la valeur de celui-ci avec une valeur

de référence. Le signal de sortie d'un détecteur est donc binaire (on dit T.O.R. pour "tout ou

rien") alors qu'un capteur de mesure d'un niveau fournit un signal image continue et fine de ce

niveau.

On peut conclure que les détecteurs sont donc des systèmes d'un coût moins élevé que

celui des dispositifs de mesure continue mais fiables car la sécurité des personnels et des

installations repose souvent sur eux. Répité au introduction

Chapitre II les portes logiques

12

II –étude sur les portes logiques de base

Introduction :

Dans l'électronique numérique il y a bien un type de composant essentiel à connaître,

ce sont les portes logiques. Cette famille de composants sert beaucoup et il est ainsi

primordial de bien comprendre leur fonctionnement.

Ce chapitre portera sur quelques portes logiques et leurs technologies CMOS et TTL.

II.2 Porte logique NON : [4]

Cette porte est strictement l'inverse d'une porte OUI. En effet, la sortie va

complémenter ce qu'il y a en entrée. C'est à dire que le niveau logique de sortie est l'inverse

du niveau logique d'entrée.

Ainsi, si en entrée on a un niveau logique 0, alors en sortie on a un 1, et vice-versa si il y a un

niveau logique 0 en entrée.

Figure II.1 : symbole de la porte NON (norme européenne)

Formule booléenne S = E

Voici la table de vérité de cette porte logique. On constate clairement que le niveau en

sortie est effectivement le niveau d'entrée complémenté.


13

Figure II.2 : table de vérité NON

II.3 Porte logique ET :

Voici enfin une porte intéressante à étudier. Cette fois-ci, il y a 2 entrées sur la porte

logique. Cette fois-ci la condition à respecter pour que la sortie soit au niveau logique 1, c'est

qu'il faut que les 2 entrées soit à 1. Dans le cas contraire la sortie est à 0.

Figure II.3: symbole de la porte ET (norme européenne)

Formule booléenne Il faut bien noter que sur cette formule le point se prononce "et". S = A.B

Voici la table de vérité de cette porte logique. Comme nous avons pu le dire

précédemment, la sortie est au niveau logique (NL) 1 uniquement si les deux entrées

sont à 1 également.

Fugure II.4 : table de vérité ET

Entre Sortie

0 1

1 0

Entre Sortie

A B S

0 0 0

0 1 0

1 0 0

1 1 1


14

II.4 Porte logique OU

Cette dernière porte de base est un peu du même genre que la porte ET. Cette fois-ci

la sortie est au NL1 si au moins une des 2 entrées est à 1.

Figure II.5 : symbole de la porte OU (norme européenne)

Pour cette formule le signe plus se prononce "ou". S = A+B

Sur cette table de vérité on voit clairement que la sortie est à 1 si au moins une des 2

entrées est au NL 1. Vu d'un autre angle, on peut aussi dire que la sortie est au NL 0 si

les 2 entrées sont à 0.

Entre Sortie

A BB B S

0 0 0

0 1 1

1 0 1

1 1 1

Figure II.6 : table de vérité OU

Les portes logiques s’appuient sur les principes de la logique binaire (0, 1). Le (0)

représentent un interrupteur ou contacteur ouvert (le courant ne passe pas). Le (1) représente

un contacteur fermé (le courant passe).

Un contacteur normal (a) laisse passer le courant quand on l'actionne, un contacteur

inverse ( ) quand on le laisse au repos.


15

II.5 Technologie des fonctions logiques TTL et CMOS :

Avant toute chose il faut définir ce que sont TTL et CMOS. Ce sont deux familles

technologiques utilisées pour les circuits logiques en électronique.

II.5.1 La famille TTL :

TTL est l’abréviation de (transistor-transistor logique), Cette famille est réalisée avec

la technologie du transistor bipolaire et tend à disparaître du fait de sa consommation

énergétique élevée (comparativement aux circuits CMOS).

II.5.2 Caractéristiques de cette famille :

La technologie TTL est normalisée pour une tension d'alimentation de 5 V. Un signal

TTL est défini comme niveau logique bas entre 0 et 0,7 V, et comme niveau logique haut

entre 2,2 V et 5 V (ces niveaux varient légèrement entre les différentes séries).

II.5.3 les Avantages de la TTL :

Cette famille de composants allie une bonne vitesse de commutation à un faible temps

de transfert.

L'immunité aux parasites est bonne à condition de découpler l'alimentation au plus

près de chaque circuit par un condensateur de filtrage.

Les entrées en l'air, sans état fixé, sont à l'état logique « 1 » par défaut (elles ne

débitent un courant important que si on les met à zéro et elles sont en gros

équivalentes à des résistances vers =5 V).

II.5.4 les Inconvénients de la TTL :

L'alimentation des circuits TTL doit être précise +5v ( 5%) en comparaison aux circuits

CMOS qui ont, eux, une plage de tension d'alimentation bien plus vaste (de +3 à +18 V). En

cas de non-respect de cet impératif, on risque un fonctionnement erratique du circuit, et au

pire, une destruction partielle ou complète du circuit.

http://fr.wikipedia.org/wiki/Transistor_bipolaire

http://fr.wikipedia.org/wiki/CMOS

http://fr.wikipedia.org/wiki/CMOS


16

II.5.5 La famille CMOS :

CMOS est l'abréviation de ''Complementary Metal Oxide Semi-conducator''. Le premier

dispositif MOS est apparu en 1960. Son développement a été rendu possible par les progrès

réalisé par la technologie TTL. Cette famille est réalisée avec des transistors à effet de

champs.

II.5.6 L’avantage de cette technologie :

L'alimentation peut aller de 3V à 18V.

Le courant d'entrée est nul, car elle est réalisée avec des transistors à effet de champs.

(Les transistors à effet de champs sont commandés en tension).

Une excellente immunité au bruit

II.5.7 L’inconvénient de cette technologie :

La vitesse de commutation est plus faible que pour la technologie TTL.

Le nom des circuits de cette famille commencent par 40 suivis de deux chiffres représentant le

modèle du circuit.

II.5.8 Paramètres caractérisant de ces deux familles technologiques :

Les tensions d’alimentations : elles seront définies pour chaque technologie

a) Les paramètres d'entrées :

VIH min : tension d'entrée minimum pour avoir un niveau Logique "1" en entrée

Vil max : tension d'entrée maximum pour avoir un niveau logique "0" en entrée

I IH max : courant d'entré maximum permettant de conserver un Niveau logique

"1" en entrée.

I ILmax : courant d'entré maximum permettant de conserver un Niveau logique

"0" en entrée.

b) Les paramètres de sorties :

VOH min : tension de sortie minimum pour avoir un niveau logique "1" en sortie

VOL max : tension de sortie maximum pour avoir un niveau Logique "0" en

sortie.


17

IOH max : courant de sortie maximum permettant de conserver un Niveau logique

"1" en sorti

IOL max : courant de sortie maximum permettant de conserver un Niveau logique "0" en

sortie.

C) Caractéristiques générales de TTL :

La tension d’alimentation " positive " est notée Vcc et a pour valeur 5V +/- 5%.

La tension d’alimentation " négative " est notée GND a pour valeur 0V.

La consommation est plus élevée que pour les CMOS.

d) Caractéristiques générales de CMOS :

La tension d’alimentation " positive " est notée Vdd et varie entre 3V et 18V

La tension d’alimentation " négative " est notée Vss a pour valeur 0V.

Ils sont moins rapides que les composants en technologie TTL.

II.9. La différance entre CMOS et TTL :

La principale différence est la tension d'utilisation. La logique TTL fonctionne en 5V

uniquement, alors que la famille C-MOS supporte une plage de 3 à 15V.

Conclusion :

Dans ce chapitre nous avons fait une étude sur les portes et la technologie des circuits

TTL et CMOS.

Vu que le circuit intégré de notre montage est réalisé avec des portes logiques il est

intéressant de comprendre les notions de base de la logique combinatoire et les technologies

SMOS et TTL pour comprendre le fonctionnement de notre circuit intégré.


18

III- Etudes sur les diodes, diodes ZENER et

tronsistors

Introduction :

Les meileurs conducteurs (argent, cuivre, or) ont un électrone de valence, tandis que

les meilleurs isolants en ont huit. Un semi-conducteur est un élément dont les propriétés

électriques sont a mi-chemin entre les conducteurs et les isolants. Comme on peut le prévoir,

les meilleurs semi-conducteurs ont quatre électrons de valence.

Example : germaniume et le silicium.

III .1 diode

III.1.1 définition : [3]

La diode est un composant électronique constitué de deux jonctions. Il l’aisse passer

le courant electrique dans le sens anode vers cathode ; il bloque le courant dans le sens

inverse.

La diiode est le composant semi-condusteur le plus simple.son usage est repandu

aussi bien en électronique de signale qu’en enlectronique de puissance.


19

III.1.2 Symbole de la diode :

Figure III.1 : symbole de la diode

III.1.3 Caractéristiques courant tension d’une diode a jonction:

La figure suivant représente sur le même graphe la caractéristique complète de la

diode.

Figure III.2 : Caractéristiques courant tension d’une diode a jonction


20

La zone 1 correspond à la polarisation dans le sens passant ou polarisation directe.

L'axe du courant représente le courant direct ID ou courant des porteurs majoritaires.

L'axe des tensions représente la tension directe appliquée à la diode.

Les zones 2 et 3 correspondent à la polarisation dans le sens bloqué, ou polarisation en

inverse.

La zone 2 est la caractéristique inverse utilisable pour une diode de redressement. Dans

ce cas, il ne faut pas atteindre la tension d'avalanche VBR.

Le courant inverse est dû aux porteurs minoritaires. En principe dans cette zone, à

température fixe, il est théoriquement constant, mais des phénomènes secondaires tendent

à augmenter légèrement celui-ci.

La zone 3 est marquée par le point VBR sur l'axe des tensions inverses. Il correspond à

une énergie transmise aux électrons porteurs minoritaires par le champ électrique E

(engendré par la tension de polarisation inverse), augmenté du champ électrique e

(engendré par la barrière de potentiel), telle que, ceux-ci, en arrivant dans la zone N,

arrachent des électrons dans le maillage du réseau, qui à leur tour, sont accélérés par ce

champ et vont libérer d'autres électrons du maillage avant d'atteindre la cathode

(électrode de la zone N).

III.1.4 les trois approximations d’une diode :

La représentation de la diode par sa loi logarithmique est un peu complexe pour l'emploi

de tous les jours. Plusieurs schémas équivalents simplifiés sont proposés :

a) Diode idéale :

Dans ce cas, on néglige la tension de seuil et la résistance interne de la diode.

Lacaractéristique est alors celle de la figure ci-dessouse.

Ce schéma est utile pour des prés calculs, surtout si les diodes sont employées dans des

circuits où les tensions sont élevées (plusieurs dizaines de volts) : la tension de coude est alors

négligeable.


21

Figure III.3: Caractéristique de la diode idéale

b) Diode avec seuil :

On peut continuer à négliger la résistance interne, mais tenir compte du seuil de la diode.

La caractéristique devient :

Figure III.4 : Caractéristique de la diode avec seuil

Ce schéma est le plus utilisé pour les calculs.

c) Diode avec seuil et résistance :

Ici, on prend en compte la résistance de la diode. Ceci peut être utile si on utilise la diode

en petits signaux alternatifs et qu'on a besoin de sa résistance dynamique.


22

Figure III.5 : Caractéristique de la diode avec seuil et résistance

Dans ce cas, on considère que la résistance dynamique est constante, ce qui n'est vrai

que si la variation du signal alternatif est très petite autour du point de polarisation en continu.

III.1.5 Applications usuelles :

Redressement de tension (conversion courant alternatif vers courant continu (semi-

redressé).

Multiplication de tension (multiplieurs de tension Schinkel).

Régulations de tension simples (alimentations simples de montages électronique.

Redressement simple alternance.

Redressement double alternance par pont de diodes

III.1.6 domains d’utilisation : [6]

La diode est très intéressante pour le redresement des signaux alternatifs. Cette

fonction se rencontre surtout dans les alimentations continues, mais on l’utilise aussi pour

detecter l’amplitude d’une tension (par exemple dans certains amplificateurs à commande

automatique de gain).

http://fr.wikipedia.org/wiki/Pont_de_diodes


23

III.2 diode ZENER : [6]

Lorsque la diode est utilisée dans la zone de claquage, elle conserve une tension

constante à ses bornes, la valeur dépendant du composant choisi. Pour les diodes ordinaires,

on cherche à rejeter ce phénomène le plus loin possible : la tension correspondante est souvent

de plusieurs centaines de volts. Dans certains cas, on veut au contraire utiliser cette zone de

claquage afin de maintenir une tension constante : on fait appel pour cela à des éléments

particuliers, les diodes stabilisatrices de tension ou diodes Zener, pour lesquelles la tonsion de

claquage est faible (quelques volts ou quelques dizaines de volts).

III.2.1 Symbole de la diode ZENER :

Figure III.6 : symbole de la diode ZENER


24

III.2.2 Caractéristique de la diode ZENER :

Figure III.7 : caractéristique de la diode zener

Elle est faite pour fonctionner en régime de claquage inverse.

On ne constate que la tension inverse aux bornes de la diode, dans la zone de

claquage,

varie peu (Vz Vmax Vmin).

Imin est l'intensité au dessous de laquelle la tension n'est plus stabilisée.

Imax est l'intensité au dessus de laquelle, la puissance P = Vz. Imax dissipée dans la

diode devient destructrice.

III.2.3 Résistance différentiel :

Elle est en relation avec l'inclinaison de la caractéristique dans la région de claquage

Le rôle stabilisateur de la diode est d'autant mieux rempli que cette résistance est faible.

Par exemple rz = 20 pour la diode BZX 55 - C12

http://fr.wikipedia.org/wiki/Caract%C3%A9ristique_(%C3%A9lectricit%C3%A9)


25

a) Source de tension constante

Figure III.8 : stabilité de la tension ou bornes de la diode zenzr

Pour que la stabilisation soit effective, il faut que Iz soit toujours compris dans les limites

Imin < Iz < Imax

En connaissant U et Uz, ainsi que Imin et Imax, on détermine R

b) Fonctionnement en charge :

Figure III.9 : fonctionnement en charge de la diode ZENER

I = Iz + Ir

si R , Ir=0 et I=Iz, c'est le fonctionnement à vide

si R=0, Uz=0, Iz =0, I=Ir=U/ Rp, la stabilisation a disparu

Limite de la stabilisation: la stabilisation disparaît lorsque Iz devient inférieur à Imin.

III.3 les transistors :

Introduction :

Le transistor est l’un des composants électroniques actif fondamental en

électronique, utilisé principalement comme interrupteur commandé et pour l'amplification,

mais aussi pour stabiliser une tension, moduler un signal ainsi que de nombreuses autres

utilisations.

http://fr.wikipedia.org/wiki/Composant_%C3%A9lectronique

http://fr.wikipedia.org/wiki/%C3%89lectronique

http://fr.wikipedia.org/wiki/Interrupteur

http://fr.wikipedia.org/wiki/Tension_%C3%A9lectrique

http://fr.wikipedia.org/wiki/Modulation_du_signal

http://fr.wikipedia.org/wiki/Signal_%C3%A9lectrique


26

III.3.1 définition :

Un transistor est un dispositif semi-conducteur à trois électrodes actives, qui permet

de contrôler un courant (ou une tension) grâce à une électrode d'entrée (la base sur un

transistor bipolaire et la grille pour un transistor à effet de champ) sur une des électrodes de

sorties.

III.3.2 Transistor en commutation :

Le transistor en commutation est utilisé afin d'ouvrir ou de fermer un circuit. Ainsi il

peut commander une LED, un relais, un moteur, etc. On assimile généralement le circuit de

sortie du transistor à un interrupteur qui est commandé soit par une tension, soit par un

courant suivant le type de transistor choisi.

Il existe deux types de transistor bipolaire : Transistors NPN et PNP

III.3.3 Symbole de transistor bipolaire :

Le symbole de transistor bipolaire est représenté ci-dessous

Figure III.10 : tronsistor bipolaire

Les trois connexions sont appelées :

B : base

E : émetteur

C : collecteur

III.3.4 Caractéristique de transistor :

La jonction Base - Emetteur est équivalente à une diode dont la caractéristique est la suivante.

http://fr.wikipedia.org/wiki/Semi-conducteur

http://fr.wikipedia.org/wiki/Transistor_bipolaire

http://fr.wikipedia.org/wiki/Transistor_%C3%A0_effet_de_champ


27

Figure III.11 : la tension VBE en fonction IB

Figure III.12 : La caractéristique de transfert

Remarque :

La conduction de la jonction Base - Emetteur n'implique pas obligatoirement la saturation du

transistor.

Il faut aussi que la tension VCE atteigne la valeur VCE sat.

Pour saturer correctement un transistor il faut impérativement respecter la condition : IB réel

supérieur à IB sat La commande de ce circuit de commutation se fait par la présence ou non

du courant IB dans la jonction Base - Emetteur.


28

III.3.5 Caractéristiques générales :

Figure III.14 : caracteristique de trensistor

III.3.6 Application :

Les deux principaux types de transistors permettent de répondre aux besoins de

l'électronique analogique, numérique, de l'électronique de puissance et haute tension.

La technologie bipolaire est plutôt utilisée en analogique et en électronique de puissance.

Les technologies FET et CMOS sont principalement utilisées en électronique numérique

(réalisation d'opérations logiques). Ils peuvent être utilisés pour faire des blocs analogiques

dans des circuits numériques (régulateur de tension par exemple). Ils sont aussi utilisés pour

faire des commandes de puissance (moteurs) et pour l'électronique haute tension

(automobile).

III.3.7 Emploie :

Sauf dans le domaine des fortes puissances, il est devenu rare de n’avoir qu’un seul

transistor dans un boîtier (pour les fortes puissances on optera pour un montage Darlington,

permettant d’obtenir un gain en courant plus important).

http://fr.wikipedia.org/wiki/Analogique

http://fr.wikipedia.org/wiki/Num%C3%A9rique

http://fr.wikipedia.org/wiki/%C3%89lectronique_de_puissance

http://fr.wikipedia.org/wiki/Haute_tension

http://fr.wikipedia.org/wiki/%C3%89lectronique_de_puissance

http://fr.wikipedia.org/wiki/Transistor_%C3%A0_effet_de_champ

http://fr.wikipedia.org/wiki/Complementary_metal_oxide_semi-conductor

http://fr.wikipedia.org/wiki/Transistor_Darlington

Chapitre IV description des circuits fondamentaux

29

IV : description des circuits fondamentaux

Introduction :

Un circuit électrique ou électronique est réalisé par un ensemble de pièces de

différentes espèces ayant des fonctions diverses et généralement connues sous le nom

de « composants ».

Ces composants sont formés de résistances, condensateurs, inductances, transformateurs,

tubes électroniques, semi-conducteurs, circuits intégré, matériaux de raccordement et de

commutation.

On peut les classer dans deux catégories : les composants passifs et actifs. Le technicien doit

connaitre ces composants afin de les utiliser dans les meilleures conditions.

IV.1 circuit RC en commutation :

IV.1.1 lois de la charge d’un condensateur :

Soit le montage de la figure ci-dessous

Figure IV 1 : circuit RC

A l’instant t=t0 on ferme l’intercepteur K sur la position (1) le condensateur se charge a

travers la résistance R à partir de sa valeur initiale U0.


30

On peut écrire :

E=Uc(t)+UR(t)

Avec :

Uc(t)=U0+

En passant par la transformé de LAPLACE on trouve :

I(p)=

La transformée inverse nous donne :

I(t)=

On a : UR(t)=(E-U0)

Et :

(t)=E-UR=E-(E-U0)

Finalement :

IV.1.2 lois de décharge d’un condensateur :

A l’instant t=t1 on ferme l’interrupteur sur la position (2) le condensateur commence à ce

décharger à travers la résistance R0, à partir de sa valeur initiale on peut écrire :

(t)= E (1- U0)


31

0= (t)+UR(t)

Avec :

= +

Donc :

0= + +Ri(t)

En passant par la transformée de LAPLACE et on trouve :

i(t)=

Et : UR(t)= -

Donc :

=

Si on suppose que l’instant t1 est suffisamment éloigné de l’instant t0, le condensateur aura le

temps de se charge complètement et d’atteindre la valeur E, ce qui veut dire : =E.

En supposant aussi que U0=0, les équations de la charges et de la décharge du condensateur

deviennent :

(t)=E

(t)=E.

Les tracés de (t) et (t)sont données par la figure Ci-dessous :


32

E .

t

t0 charge t1 décharge

Figure IV 2: chronogramme de charge et décharge d’un condensateur

IV.1.3 Expression générale da la charge et décharge d’un condensateur :

On peut établir une seule expression universelle qui est donnée par la formule suivante :

: est la valeur finale décharge de la tension lorsque t tend vers l’infinie

: est la tension initiale de lors du début du processus de charge ou de décharge

IV.1.4 transmission du potentiel sur un condensateur : [7]

Dans le montage astable et le monostable fournissant des signaux binaires, les

condensateurs en jeu subissent à chaque période (ou à chaque demi période), la transmission

du potentiel d’une armature sur l’autre. Ce phénomène provient de la nature même des

signaux. Ils passent brutalement d’une valeur constante, représentant par exemple le ‘0’

binaire, à une autre valeur constante différente de plusieurs volts de la première et presentant

le ‘1’ binaire. Le passage d’une valeur à l’autre s’opère en une fraction de seconde, une nano

seconde pour les circuits logiques performants.

Dans le cas d’un circuit fonctionnant en régime continuement variable, en signale

sinusoidal ou triangulaire par exemple, les tensions soumises aux bornes du condensateur du

montage, varient de manière continue sans subir de brusque changement de plusieurs volts.

(t)= - .


33

Même en très haute fréquence, par exemple à 100kHz, le signal met 5μs pour passer du

minimum au maximum de tension.

+10 +10

t

-10 -10

Le signal met 5μs pour passer de -10V à +10V le signale met 1ns pour passer de -10vV à +10V

Figure IV.3 : signaux de fréquence 100kHz

L’étude qui suit ne concerne que les signaux de type “carré “, à brusque variation de tension.

Considérons d’abord un circuit RC alimenté par une tension continue de 10V, muni d’un

interrupteur K. nous supposerons que la fermetur de K dure une demi-nanoseconde et donc

que le montage est brutalement soumis à une ddp de 10V (figure IV.4).

IV.1.5 le condensateur initialement déchargé :

A l’instant t0 on ferme K : le potentiel du point A passe donc de 0 a +10V.

A l’instant t0 + 0 ,5ns, les charges - issues du générateur commencent à circuler le

long du fil MB mais n’ont pas encore atteint l’armatur B du condensateur.

La loi des mailles du circuit s’écrit : 10 = (VA-VB) + (VB-VM). Or le condensateur n’est pas

chargé à cet instant précis, donc VA - VB = 0 soit VB – VM = 10. Puisque le point M est relié à

la masse, VM = 0 → VB = 10. Le potentiel du point B se trouve lui aussi à 10V.

A l’instant t0 +1ns, les charges (-) atteignet l’armature B. par conséquent, l’armature

A réagit en raison de l’équilibre électrostatique, en perdant la même quantité de charges

négatives, c'est-à-dire en se chargeant positivement. Le condensateur entame alors sa charge

progressive. La tension à ses bornes augements à mesure que les charges s’écoulent dans les

fils du montage. La loi des mailles reste valabe quel que soit l’intant auquel on applique :


34

10 = (VA – VB) + (VB – VM) : VA – VB augemente donc VB – VM diminue de la même

quantité, puisque leur somme est constante. Le potentiel du point M étant celui de la masse, il

revient au même de dire que c’est le potentiel du point B qui décroit.

Le potentiel du point A ne change pas. Il est à 10V depuis la fermeture de K, c’est la

différence de potentiel aux bornes du condensateur qui augemente.

VB

10 ……….

0 t0 t

VA – VB

10 ………………………

t0 t

Figure IV.4 : potentiel d’un armateur de condensateur


35

Conclusion :

A l’instant précis ou le potentiel d’une armature de condensateur varie brutalement d’une

quantité V, l’autre armature varie de la mème contité V.

IV.2 Oscillateur :

Les oscillateurs sont des dispositifs électroniques qui permettent de générer un

signal de sortie alternatif périodique. La forme de ce signal peut être sinusoïdale, rectangulaire

ou triangulaire.

Un oscillateur est avant tout un système bouclé non-linéaire composé d’un amplificateur et

d’un réseau de réaction sélectif. La forme du signal délivré par un oscillateur dépond de la

non-linéarité de l’amplificateur.

IV.2.1 définition :

Un oscillateur est un générateur de signaux périodique sinusoïdaux ou non

sinusoïdaux. C’est un système autonome dont le signal de sortie est un signal périodique de

fréquence fixe et d’amplitude constante.

IV.2.2 différent types d’oscillateurs :

Il existe deux grandes familles d’oscillateur, les oscillateurs sinusoïdaux et les

oscillateurs non sinusoïdaux.

a. Les oscillateurs sinusoïdaux :

Permis les oscillateurs sinusoïdaux on distingue :

oscillateur à pont de Wien

oscillateur à déphaseur RC

oscillateur à quartz

b. les oscillateurs non sinusoïdaux (multivibrateur) :

Il existe différents types de multivibrateurs :

multivibrateur astable


36

multivibrateur bistable

multivibrateur monostable

IV.3 Oscillateur monostable :

IV.3.1 Définition :

Un multivibrateur monostable est un oscillateur dont la sortie possède deux niveaux : l’un est

stable, l’autre est instable, et revient ensuite de lui même à l’état stable au bout d’un temps T

appelé pseudo-période du monostable.

Présentation d’un monostable avec ces signaux d’entrée et de sortie

Impulsion sortie

E

Monostable

R C

Impulsion d’entre

t

Sortie monostable

Stable instable Stable

Figure IV.4 : monostable avec ces signaux de sortie


37

Remarque :

Le terme « période » est impropre car cet oscillateur n’est pas périodique, mais ce

terme est conservé par abus de langage. L’impulsion d’entrée peut être négative, et la réponse

du monostable peut être un « 0 », contrairement à la figure 12-1 ou entré et sortie sont des

« 1 »tout dépend de circuit considéré .la duré T peut être choisis par le manipulateur par

variation d’une capacité est d’une résistance.

Un monostable est utilisé à chaque fois qu’on a besoin’ arrêter ou de faire démarrer une

portion de circuit ; par exemple un comptage d’impulsion d’horloge sur la durée T.

IV.3.2 Etude d’un monostable à porte MOS :

Etudions le montage figure ci-dessous.

Figure IV.5 : monostable à portes non

Ce monostable est conçu en utilisant des portes non du circuit intégré CD4069.On considère

le monostable de la figure ci-dessous :


38

V(E)

VH

VB .……….... t

V(A)

VB t

V(B) VH v seuil……………………….

t

V(S)

VH

VB ………….

t Stable instable

Figure IV.7 : chronograme d’un monostable

A l’état stable aucun courant ne passe dans le condensateur C et la résistance R.

Donc cet état se trouve caractérisé par :

E(t) = VH

V1= VB

V2 = VB

S(t) = VH


39

Pour passer à l’état instable on applique une impulsion négative d’amplitude

supérieure à Vseuil, la sortie V1 passe de VB à VH, cette variation est transmise à V2 par

l’intermédiaire de C.

V2 Passe de VB a VH, la sortie S passe de à .

La tension décroit exponentiellement vers avec un constante de RC.

Lorsque atteint la tension de seuil de la porte NON, S passe de a et passe

de à .

Cette variation est transmise à qui passe de à du fait

que , un courant circule de R vers C et la tension croit exponentiellement vers

avec la même constante de temps.

Le calcule de se fait a partir de la variation de (t), donc on a :

= (valeyr initiale de )

f= (valeur finale de )

( t)=

D’où l’expression de

= R. C ln

Pour les porte logique CMOS : = , =0, =

D’où : (CMOS)= 0.69 R.C

Pour les portes logique (TTL), =2,4 V, =0,4 V et =1,6 V

D’où : (TTL) =0,2 R.C

Chapitre V Description des circuits fondamentaux de la réalisation

40

V- réalisation pratique

Introduction :

Dans cette partie nous allons décrire le montage en exposant les différents circuits

principaux. Notre montage est composé de cinq blocs: oscillateur, monostable, mise en forme,

intégrateur, amplificateur. Chaque bloc a un rôle très important dans le fonctionnement du

montage, le tout donne une boucle ou une chaine bien organisée dans leur emplacement.

Figure V.1 : synoptique du montage

V.1 Le principe de fonctionnement :

Pour la réalisation de notre montage on a utilisé un circuit intégrés CMOS CD4069

comme il est indiquer dans l’annexe.

L’appareil est alimenté en +12v après le contacte de la clef. La tension stabilisée à 7.5 v

par la diode ZENER D2, puis D1, R1 et C1 alimente le circuit IC1 qui assure les fonctions de

montage. Les portes inverseurs 1 et 2 sont montés en oscillateur dont la fréquence de sortie

dépend principalement de R3 et de C3 et C4.


41

Lorsque le niveau d’eau est insuffisant, la sonde est en l’air et C4 est isolé de

l’oscillateur. La fréquence de sortie est alors de 2000 Hz environ.

La sonde est alimentée en signale alternatif. Sans composant est continue pour éviter

toute électrolyse et oxydation des électrodes. C4 intervient l’orsque la sonde est plongée dans

l’eau. La fréquence de sortie de l’oscillateur est alors de 50Hz seulement. Le circuit

monostable est composé de C2, R5 et des portes inverseurses 3 et 4, il délivre des impulsions

calibrées et synchronisée sur l’oscillateur. La diode D3 transmet ces impulsions de durée

0.2ms et d’amplitude 7.5 V à l’étage intégrateur (convertisseur fréquence-tension) composé

de R6, C5.

Le schéma est donné par la figure ci dessous :

Figure V.2 : Schéma de principe


42

V.2 Le circuit d’alimentation :

Il est composé d’une diode D2 (diodes ZENER) qui a le rôle de stabiliser la tension

d’alimentation à 7.5V et d’une diode D1 monte en série avec la résistance R1 qui alimente

le circuit intégré IC1.

FigureV.3: circuit d’alimentation

V.3 Le circuit intégré :

Le circuit de notre montage est IC1 : CD4069, il fait partie de la famille CMOS, qui

utilise 6 portes NON inverseuses. Comme indiquée dans l’annexe.

V.4 Le circuit oscillateur :

Le circuit oscillateur est représenté comme ci-dessous.


43

Figure V.4 : bloc d’oscillateur

Les portes 1 et 2 sont montées en oscillateur dont la fréquence de sortie dépend

principalement de R3, C3

Lorsque le niveau d’eaux est insuffisant c’est à dire le condensateur C4 sera

indépendant de l’oscillateur, la fréquence de sortie atteint les 2000Hz environ, cette

fréquence dépend de condensateur C3

A la sortie de l’oscillateur on relève le signale suivant

Figure V.5 : Oscillogramme dont le niveau d’eau est insuffisant

lorsque le niveau d’eau est normale la fréquence de sortie est environs 50Hz cette

fréquence dépond des condensateurs C3 et C4


44

A la sortie de ce monostable on relève le signale suivant :

Figure V.6 : Oscillogramme de sortie dont le niveau d’eau est suffisant

V.5 Le circuit monostable :

Le circuit monostable est composé de condensateur C2, la résistance R5 et des portes

inverseurses 3 et 4. Il à le rôle de délivré des impulsions calibré et synchronisée sur

l’oscillateur de la figure précédante.

Figure V.7 : monostable a portes NON

A la sortie de ce monostable on relève les deux signaux suivant :


45

Figure V.8 : signaux de sortie d’un monostable

On voir que le signal sortant de ce monostable est de même amplitude que celui du

circuit précédant mais différent en périodes.

Le signal sortant du monostable sera transmis ver, la diode D3 qui le transmettra

avec des impulsions de durée 0 .2 ms et d’amplitude 7.5V à l’étage intégrateur.

V.6 L’étage intégrateur

Il est réalisé du condensateur et de la résistance . Ces derniers sons montés en

parallèle, comme représenté ci-dessous.

Figure V.9 : étage intégrateur


46

Il a le rôle d’un convertisseur fréquence tension, la tension sur est proportionnelle

a la fréquence de l’oscillateur, lorsque le niveau d’eau et normal la tension sur est faible

1.5 V et lorsque le niveau d’eau est minimum la tension sur C5 est d’environ 6V ce qui

nous ……….

Figure V.10 : Chronogramme de sortie de monostable à la fréquence 50Hz

Figure V.11 : Chronogramme de sortie du monostable à la fréquence 2000 Hz

V.7 réalisation pratique :

Introduction :

Après l’étude des différents circuits constituant le montage, on passera à

l’implantation des composants sur un circuit imprimé. Pour cela nous avons tentés

d’implantér chaque composant, tel qu’il apparait réellement sur la plaque pour qu’une

connexion puisse se toucher.

On note que les composant sont très classiques et sont d’une large Disponibilité chez

la plupart des fournisseurs des composants électroniques.


47

V.7.1 Le circuit imprimé :

Un circuit imprimé est un circuit électrique reproduit sur la surface d’un support

isolant en général un stratifie en plastique ; il pourra être reproduit facilement par la méthode

photographique, facile à monter il est fabriquée en série. Il a de bonnes propriétés électriques

et mécaniques.

On a commencé à percer le circuit avec les forets suivant :

Ф =0.8 mm pour l circuit intégrée IC1 ; Ф1.2mm pour le satrape ; les six filles de

raccordement à la face avant, puis la LED, puis on à perce avec le diametre (Ф 1 mm) pour

les autres composants (résistances, diodes et condensateurs).

Le tracé du circuit imprimé est représenté sur la (figure V.12). Le dessin est assez

serré, donc il faut faire attention et éviter les contacts des pistes aux moments du soudage.

Figure V.12 : Circuit imprimé


48

V.7.2 Implantation des composants :

On commence par l’implantation des satrapes de liaison puis les résistances, souder

ensuite les diodes, les condensateurs et le circuit intégré en faisant attention au sens en se

référant à la figure V.13

Mettre deux entretoises de longueur 15mm dans les trous de fixation avec deux vis 3mm.

Mètre la LED D4 dans le circuit imprimé sans la souder et fixer la face avant


49

Figure V.13 : implantation des éléments àl’échelle


50

V.7.3 préparation du boitier :

Après avoir percé les trous de la face avant de boitier teko plastique, comme indiqué

sur la figue ci-dessous on a fixé les divers composants de la face avant (dominos

d’alimentation et de à sonde) puis le buzzer pièzo-céramique.

Figure V.14 : Plan de perçage de la face avant du coffret

V.7.4 Réalisation de la sonde :

Elle est composée de deux tiges de cuivre de longueur 20 cm on les fixe dans un

domino de modèle moyen (voir photos1) représenté ci-dessous. On raccorde la sonde au

boitier par un secteur de longueur suffisante.


51

Figure V.14 : Le tracé de circuit imprimé

V.7.5 Soudure :

Cette partie est plus manuelle. Elle consiste à souder les différents composants sur une

plaque fine de plastique métallisée.

L’opération est réalisée à l’aide d’un fer à souder (environ 310 ).


52

V.7.6 Photo de l’implantation des éléments de circuit :

Figure V.15 : image de montage réalisé

V.7.7 Essais :

On relie le domino d’alimentation à la batterie 12V en respectant les polarités et on

plonge la sonde soit dans un verre d’eau, soit dans le bocal de lave-glace. La LED D4 doit

être éteinte et le BUZZER doit être silencieux. S’il on retire la sonde du liquide, la LED doit

s’allumer et le BUZZER donne l’alarme. À partir de la, le montage sera opérationnelle ce

qui nous permet de l’installer sur le véhicule.

V.7.8 Installation :

Une fois que le montage et opérationnelle on passera a la dernière étape celle

d’installer le montage sur le véhicule en reliant l’alimentation à l’intérieure de la clef de

contact et la sonde au bocal du LAVE-VITRE.


53

V.7.9 Photo de montage réalisé :

Figure V.16 : montage réalisé


54

Conclusion :

Dans ce chapitre nous avons fait une description sur les blocs fondamentaux de notre

montage en donnant le schéma de chaque bloc et leurs signaux de sortie.

Ce qui nous a permet de comprendre le rôle et le fonctionnement de chaque bloc, ainsi que

de comprendre le fonctionnent de tout le montage.

Ensuit nous sommes passé à la description de la réalisation pratique.

Après quelque test, nous avons conclus que notre détecteur et très efficace pour la détection du

niveau d’eau dans le bocal, car dés que le niveau d’eau commence à étteindre la zone minimale du

bocal, notre détecteur nous alarme avec l’allumage de LED et la sonorisation de BUZZER.

Annexe

Conclusion générale et perspective

Conclusion générale :

Dans ce travail nous avons présentés l’étude et la réalisation d’un détecteur de niveau

d’eau de lave glace d’une voiture.

Ce qui nous à permis d’élargir nos connaissances théoriques et pratiques dans le domaine de

l’électronique.

L’avantage que présente ce détecteur et qu’il assure une bonne sécurité pour l’être humain en

lui facilitons la tache d’être informé sur l’état du niveau de bocal lave-glace.

L’appareil est on bonne portée et présente une bonne sensibilité. En fin nous souhaitons que

ce travail puisse servir de guide et de référence à d’autre étudiant ayant l’idée d’entreprendre

un travail dans ce sens.

Annexe

Annexe

Nomenclateur des composants :

Resistances :

: 470 Ω W 5 % (jeune, violet marron)

: 100 KΩ W 5 %( marron, noir, jeune)

: 470 kΩ W 5 % (jeune, violet, orange)

: 10 kΩ W 5 % (marron, violet, orange)

: 33 KΩ W 5%(orange, orange, orange)

: 4,7 KΩ W 5 % (jaune, violet, rouge)

: 120 KΩ W 5 %( marron, rouge, jaune )

: 10 KΩ W 5 % ( marron, nor, orange)

: 1KΩ W 5% ( marron, noir, rouge)

Condensateurs : 10 µF 16V chimique radial

: 10 nF plastique métallisé

: 4,7 nf plastique métallisé

: 220nF plastique métallisé

22 nF 16 V chimique radial

Diodes :I N 4007

: Diode ZENER BZX85C 7,5 V

: IN 4148

: LED rouge 5 haute luminosité

Circuit intégré IC1 : MC 14069

Annexe

Transistors =BC 337

Divers BZ : buzzer : piézo-céramique

2 entretoises longueur 15mm

2 dominos doubles de petite dimension (boitier)

1domino double de moyenne dimension (sonde)

Annexe

Bibliographie

[1] - http://www.ac-nancy- metz.fr/RESEAUSTL/FTP_STL/

POISSENOT%20Niveaux/detecteurs.htm

[2]- Etude et réalisation d’une serrure électronique codée.

Mémoir de fin d’étude option contrôle industriel (DEUA)

Réalisé par : Mr ARAB Hamid et Mr DJADDA Abdelhakime, promotion

2000.

[3]- principe d’électronique 6eme

édition. www.dunod.com

ALBERT PAUL MALVINO

[4] - http://www.elektronique.fr/cours/porte-logique/portes-de-base.php

[5]- l’electronique de A à Z .Tahar Neffati.campus.dunod

[6] - aide-mémore.composants électroniques. Pierre mayé. Édition.

[7] : toute l’électronique du premier cycle (amplificateurs, oscillateurs)

Bibliographie

http://www.dunod.com/

http://www.elektronique.fr/cours/porte-logique/portes-de-base.php

Détecteur de Niveau d'Eau de Lave-Glace

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