Montage n°2 • Le flip-flop : deux LED clignotent...

Montage n°2 • Le flip-flop : deux LED clignotent alternativement

Caractéristiques

Le flip-flop est un montage de base pour tout apprenti électronicien. C’est une des nombreuses applications qui permettent d’étudier le circuit intégré LM 555 (un comparateur de tensions qui envoie un signal d’action lorsqu’un certain voltage est atteint). La proposition d’application qui suit présente en outre la particularité d’être réalisée sans soudure.

Principe

Avant de voir le fonctionnement du flip-flop, voyons comment agit le LM 555.

La masse désigne le pôle négatif de l’ali-mentation (0 V)La tension d’alimentation positive est parfois appelée point chaud.

1. Au repos, l’interrupteur K est fermé. Le courant issu de +E s’écoule vers la masse via R sans passer par le conden-sateur C.

2. Quand la borne 2 est reliée brièvement à la masse, K s’ouvre et C se charge et la tension à ses bornes croît .

3. Via la borne 6, le comparateur compare la tension aux bornes de C à une tension de référence valant 2/3 de E. Lorsque les deux tensions sont iden-tiques, K se referme et C se décharge vers la masse.

Pendant toute la durée de charge de C, la sortie 3, normalement à 0 V, passe à une valeur proche de E. C’est ce signal qui est utilisé dans le cadre d’un montage.

La durée de charge dépend de la valeur de C. Plus sa valeur est importante, plus le temps sera long.

Mémoire de brevet 2004 Intégration de l’électronique dans les travaux manuels

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Schéma du flip-flop

Nous retrouvons ici les éléments du schéma ci-dessus. Ont été ajoutés : une résistance R2, un pont reliant les bornes 6 (tension de charge du condensateur) et 2 (commande de l’interrupteur K), et le circuit composé des LED.

1. Le condensateur C est déchargé. La tension à ses bornes est de 0 V. La tension à la borne 3 est donc de 0 V également. La cathode de DEL1 est à la masse et elle s’allume. DEL 2 est éteinte.

2. La borne 2 (reliée au condensateur) étant à 0 V, elle ouvre l’interrupteur K. C se charge à travers R1 + R2. Pendant la charge, la borne 3 passe à environ 5 V. DEL1 s’éteint (il n’y a plus une tension de 1,5 V à ses bornes) et DEL2 s’allume.

3. Lorsque la tension aux bornes de C atteint 4 V, K se ferme et C se décharge via la borne 7 en passant par R2. Cette résistance empêche C de se décharger d’un coup. Il lui faudra donc un certain temps pour retrouver 0 V à ses bornes et alors déclencher K par la borne 2.

Pendant la décharge, la borne 3 retombe à 0 V. DEL2 s’éteint et DEL1 s’allume.

4. Le condensateur est complètement déchargé, la borne 2 repasse à 0 V et ouvre K. Le cycle recommence alors.

Le temps de charge et de décharge d’un condensateur dépend de sa capacité (Farad) et de la valeur de la résistance qui la précède. Ici, comme la résistance lors de la charge (R1 + R2) n’est pas identique à celle lors de la décharge (R2 uniquement), DEL1 et DEL2 ne resteront pas allumées la même durée.

Un autre type d’oscillateur, fondé cette fois sur des portes logiques, est présenté à la page 85 (dé électronique).


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Application n°2 • Un bijou clignotant

Année de programme 6e - 7e

Temps de réalisation 10-12 périodes

Prix approximatif Fr. 14.–

Objet d’ornement qui utilise le schéma du flip-flop. Réalisé en PVC, ce bijou se croche à l’aide de deux pins. Le montage électronique se fait sans soudure, selon la technique du « wraping ».

Objectifs

Découper au cutter, limer, poncer Tenir compte de contraintes mécaniques lors de

l’imagination d’un décor Dégainer un fil très fin Exercer la précision du mouvement

Matériel nécessaire

• un rectangle de PVC de • 4 résistances 0,25 W (R1 : 27 kΩ, R2 : 47 kΩ,72 x 60 x 3 mm (boîtier) R3 : 560 Ω, R4 : 680 Ω) Fr. 0,20

• un rectangle de PVC de 130 x 75 x 3 mm • un condensateur 22 µF électrolytique 16 V (décor Shadok) ou selon motif choisi Fr. 0,50 au tantale Fr. 1,60

• une bande de cuivre 73 x 17 x 1 mm • un circuit intégré LM 555 Fr. 0,30• deux pins Fr. 0,20 • deux LED Ø 8 mm (couleur rouge, verte ou jaune à• ~ 600 mm de fil gainé pour wraping choix) Fr. 0,70

Ø 0,2 mm Fr. 0,30 • un petit interrupteur à coulisse Fr. 1,40• ~ 40 mm de câble gainé 0,14 mm2 • 11 picots pour wraping Fr. 1,30• ~ 20 mm de gaine thermorétractable

Ø 1,5 mm Fr. 0,01• deux piles-boutons de 3 V (par exemple Energizer

type 1220) Fr. 6,60• colle à chaud, colle pour PVC, colle à deux composants (Araldit)


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Préparation

Avant de lancer la réalisation du support, il est nécessaire de fabriquer un petit gabarit de perçage qui permettra de placer avec précision les différents composants. Afin d’obtenir facilement les écartements exacts, le plus simple est d’utiliser directement un morceau de carte de laboratoire de 42 x 37 mm (16 x 14 perforations) et d’y mettre en évidence au stylo feutre les trous à pointer (voir ci-dessous).

A B C D E F G H I J K L M N O P

11

13

1

3

5

7

9

La carte de laboratoire est décrite parmi les différents supports de montages électroniques p. 33.


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Marche à suivre

Le montage proposé s’inspire librement de la technique du wraping. Comme les picots utilisés normalement sont assez coûteux, on en emploiera ici que le minimum nécessaire (pour le circuit intégré et pour le commutateur à glissière). Les « pattes » même des composants tiendront le rôle des picots restant.

1. Tracer et découper au cutter les pièces en PVC du boîtier selon le plan de découpe ci-contre.

74

37 37

42

66

6

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2. À l’aide du gabarit de perçage, pointer l’emplacement des trous sur un des rectangles de 42 x 37 mm. Percer tous les trous avec une mèche de 1 mm, excepté le logement des piles au Ø 13 mm. Les piles-boutons doivent pouvoir passer librement dans l’orifice. Essayer et, si nécessaire, agrandir un peu à la lime ou au cutter.

Le wraping est décrit dans le cadre des différents types de montage à la p. 32.

Du fil de cuivre nu de Ø 0,2 mm étant introuvable (à ma connaissance), il faut se résoudre à acheter du fil gainé pour wraping et d’ôter sa gaine. Cette opération est un peu délicate : il faut procéder par courtes sections et bien tirer dans l’alignement du fil. Surtout, il faut éviter de plier le fil, qui se cassera très rapidement en cet endroit. Heureusement, il n’est pas nécessaire d’avoir, pour le montage présenté ici, de longues portions de fil.


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3. Positionner les résistances, le condensateur et les LED et plier leurs broches à la bonne longueur. Mettre une goutte de colle à chaud sous les composants et les coller en place. Laisser dépasser les pattes au verso sans les couper. Enfoncer les picots (huit pour le circuit intégré et trois pour le commutateur) à leur place dans le PVC.

+

R4 R3

R2

R1

C

DEL2 DEL1

4. Câbler ensemble les broches avec du fil de cuivre de Ø 0,2 mm selon le schéma ci-dessous. Les liens discontinus seront câblés ultérieurement.

Le câblage s’effectue en enroulant de manière serrée le fil au début d’un tronçon sur quatre ou cinq tours. Enrouler ensuite le fil sur la broche suivante, etc. On peut s’aider d’une pince, mais attention de ne pas torsader le fil sur lui-même, car il se casse alors rapidement. Une fois un tronçon câblé solidement, couper les broches au double de la hauteur des spires et les replier par-dessus celles-ci pour éviter que le fil ne sorte par le haut. Ne pas couper la broche de R4 d’où part la ligne discontinue !

Les schémas à l’échelle 2:1 sont dispo-nibles dans les annexes A en fin de mémoire.

Couper etEnrouler le fil serré replier la broche

Ne pas oublier de glisser un morceau de gaine thermorétractable de Ø 1,5 mm entre les broches 3 et 8 du circuitintégré (voir schéma).


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5. Découper deux carrés de 17 x 17 mm dans une chute de cuivre de 0,5 mm d’épaisseur. Percer dans chaque pièce un trou de Ø 2,5 mm dans un coin. Limer les bords, arrondir les coins et polir les surfaces.

6. Contact positif : enrouler plusieurs fois dans le trou un fil de cuivre de Ø 0,2 mm.Contact négatif : dénuder un fil gainé noir sur environ 3 cm, torsader les brins, puis enrouler plusieurs fois la partie dégainée dans le trou. Poser une goutte de colle à chaud sur l’épissure afin de solidariser les deux éléments (risque de cassure ultérieure).

7. Placer le contact positif du côté des composants. Passer le fil nu dans le trou de passage. Enrouler le fil sur la borne centrale du commutateur.

Coller le contact à l’Araldit en laissant environ 1 mm entre le contact et les bords de la plaque en PVC. Être en outre attentif à ce que le contact ne touche pas les broches des composants avoisinants.

Enrober un élément mobile ou fragile dans une colle ou un mastic est assez courant dans les circuits industriels. Cela renforce la résistance aux vibrations et aux tractions tout en conservant la conduction électri-que aux points de contact.


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8. Sur le second contact (contact négatif), dénuder l’autre extrémité du fil noir. Torsader les brins et enrouler autour de la broche de la résistance R4 (ligne discontinue sur le schéma de câblage). Couper et replier la broche sur les fils enroulés. Serrer avec une pince.

Contrôler le contact à l’ohmmètre, puis couler une goutte de colle à chaud sur la broche. Recontrôler le contact à l’ohmmètre.

9. Coller les bords de 6 mm au recto et au verso du circuit en PVC (voir photos ci-dessous). Implanter le circuit intégré et l’interrupteur.

Les bords ont plusieurs fonctions :

• supports pour coller le fond et le décor• maintenir en place le contact négatif

mobile et l’empêcher de créer de courts-circuits

• cacher et protéger le câblage


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10.Pointer en deux endroits le fond (42 x 37 mm) pour l’emplacement des pins. Encoller ces derniers à l’Araldit et les enfoncer dans le PVC.

11.Coller le fond sur le boîtier.

12.Découper dans une chute de PVC un carré de 18 x 18 mm. Le coller sur le contact positif (côté composant), afin d’isoler le contact.

13.Limer, poncer et polir les bords du boîtier dans le but d’égaliser les faces et de donner une impression d’unité aux différentes couches.

17 177

41

1214.Découper et plier dans une bande de cuivre la petite

pince qui tiendra le contact négatif mobile et le boîtier ensemble.

Glisser les deux piles-bouton l’une sur l’autre à leur place dans le circuit en PVC (pôle positif dans le fond en direction des composants), placer par dessus le contact négatif et serrer le tout avec la petite pince en cuivre.

Lorsque l’on veut additionner la valeur de deux piles, il faut les mettre en série :

Pile 3 V Pile 3 V– + +–

6 V– +


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15.Dessiner et découper le décor. Limer les bords. Coller le décor sur le boîtier.Contraintes mécaniques:• le décor doit être plus grand que le boîtier• l’écartement entre les perçages pour le passage des LED doit être respecté

Exemples de décors

Diamètre des perçages : 8 mmÉcartement : 13 mm


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Liste de prix indicatifs des principaux éléments composant le bijou clignotant.

Dénomination Type, dimensions Fournisseur, lieu d'achat

Référence, n° de commande

Nombre de pièces achetées

Prix u n i t a i r e

Commentaire, quantité réellement nécessaire

Plaque de PVC 500 x 350 x 2 mm Migros 1 + 5.50 env. 190 x 75 mm

Pins (clou + attache) Dépôt SVTM PIN100 1 + 11.90 2 pièces (sachet de 100 pièces)

Résistance 27 kΩ 0,25 W Couche de carbone Distrelec 70 00 42 100+ 0.04 1 pièce

Résistance 47 kΩ 0,25 W Couche de carbone Distrelec 70 00 45 100+ 0.04 1 pièce

Résistance 560 Ω 0,25 W Couche de carbone Distrelec 70 00 22 100+ 0.04 1 pièce

Résistance 680 Ω 0,25 W Couche de carbone Distrelec 70 00 23 100+ 0.04 1 pièce

Condensateur 22 µF 16 V Electrolytique Distrelec 81 03 30 100+ 1.60 1 pièce

Circuit intégré LM 555 Timer DIL-8 Distrelec 64 12 40 50+ 0.30 1 pièce

LED Ø 8 mm Rouge Distrelec 25 32 01 50+ 0.35 1 pièce

LED Ø 8 mm Verte Distrelec 25 32 02 50+ 0.35 1 pièce

Mini interrupteur ON-ON sur le côté Distrelec 20 01 82 50+ 1.40 1 pièce

Fil gainé pour wraping Ø 0,254 mm Distrelec 51 38 56 1 + 36.30 Bobine de 100 m

Broche pour wraping (picot) Distrelec 45 01 55 2 + 12.10 11 pièces (sachet de 100 pièces)

Pile-bouton 3 V Energizer CR 1220 Distrelec 97 15 86 25+ 3.30 2 pièces


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