Alarme électronique universelle
- On pourra utiliser ce montage en tant que générateur d’alarme pour de nombreuses applications, monitoring de congélateur, surveillance de température ambiante, etc…, d’où son qualificatif d’universel. Si l’idée n’a rien de révolutionnaire, la consommation moyenne étonnamment faible de ce montage est, elle au contraire digne d’être soulignée. Avec quelques petits microampères (hors-alarme), cette consommation minime se traduit par une durée de vie de plus de 10 ans pour une pile alcaline compacte de 9 V ! Il n’est pas question d’espérer une consommation aussi faible si l’on fait appel à des circuits intégrés du commerce, seule une approche principalement discrète permet un tel exploit.
- Un générateur de signal d’horloge très économe met, toutes les 4 secondes, et ce, pendant 150 ms seulement, un pont de mesure en fonction, le dit pont de mesure activant un trigger de Schmitt. Au cours de cet intervalle de 150 ms on compare la valeur de résistance d’une thermistance, une NTC (résistance à coefficient de température négatif) à celle d’une résistance de consigne ; si la dite résistance est trop faible, on a déclenchement d’une alarme.
-Tout au début, le condensateur C1 est déchargé et les transistors T1 à T3 bloquent. C1 se charge ensuite très progressivement par le biais des résistances R1, R7 et R8, jusqu’à ce que la base de T1 passe au-delà de sa tension de seuil. T1 devient passant et fait passer en conduction les transistors T2 et T3. C1 est alors mis en charge par l’intermédiaire de la source de courant constituée de T2, D1 et T1, jusqu’à ce que le courant fourni par la source devienne plus faible que celui circulant à travers R3 et T3 (de l’ordre de 3 mA).
- Le transistor T1 cesse alors de conduire et par couplage réactif du circuit par le biais de C1, le montage bloque. C1 a (pratiquement) atteint sa charge maximale, de sorte que le potentiel de l’anode de D1 tombe sensiblement en-deçà de 0 V et ce n’est qu’après décharge à travers la résistance R1 que l’ensemble du processus reprend au début. Comme on le voit, la majeure partie du courant consommé l’est pour la charge du condensateur C1. La porte CMOS IC1a fait office de convertisseur d’impédance et d’étage de puissance push-pull. À intervalle régulier, il met brièvement un pont de mesure en fonction, pont de mesure constitué par les résistances R9 à R12 épaulées par P1 et C1. Le pont de mesure attaque un amplificateur différentiel monté en aval.
Le miroir de courant introduit, en dépit du courant faible mis en œuvre (et de la faible pente des transistors qui en découle), un gain en tension élevé et partant une sensibilité importante.
- Les résistances R13 et R15 dotent une entrée à trigger de Schmitt de l’amplificateur différentiel d’une pseudo-hystérésis, garantissant ainsi l’obtention de résultats de mesure rapides et précis. Le condensateur C2 sert, dans le cas d’une liaison de longueur importante vers le capteur, à la compensation de capacités parasites et évite ainsi les fausses alarmes.
On pourra, si l’on implante le capteur directement sur le montage, dans le cas de la surveillance d’une température ambiante par exemple, supprimer C2 et R13. Le condensateur C3 a pour fonction d’ « avaler » les impulsions parasites et ainsi d’éviter, lui aussi, les déclenchements d’alarme intempestifs. Pour éviter que l’on ait, lors de la mise hors-fonction du pont de mesure, une fausse alarme due à la charge résiduelle de C2, on procède lors de la mise hors-fonction du pont, à une décharge de C3 par l’intermédiaire de la diode D2. Le reste du montage ne demande guère d’explications.
- La paire de portes IC1c/ IC1d constitue un oscillateur rudimentaire, chargé du pilotage du résonateur travaillant en tension alternative. Ce montage sera impérativement monté, en raison de la valeur extrêmement élevée des résistances du générateur de signal d’horloge, sur une platine époxy. On utilisera pour C1 un condensateur présentant le courant de fuite le plus faible possible. Si l’on préfère déclencher une alarme en cas de dépassement vers le haut plutôt que vers le bas de la valeur de consigne, comme c’est le cas ici, il suffira d’intervertir en conséquence les éléments du pont de mesure ainsi que les entrées inverseuses et non inverseuses de l’amplificateur différentiel.
- Un mot au sujet du capteur, une NTC présente, à –18 °C une résistance environ 10 fois plus faible que sa résistance nominale. Vu qu’il existe des NTC à coefficients de température très variables, seuls une consultation de la fiche de caractéristiques ou des essais en nature peuvent nous renseigner.
La résistance à –18 °C devrait être de l’ordre de 300 à 400 kΩ, R12 devant présenter une résistance du même ordre. L’ajustable permet un réglage fin du seuil de commutation. On trouve sur le schéma, une NTC, mais rien n’interdit de la remplacer par un autre type de capteur si le paramètre à surveiller n’est pas une température, ceci à condition cependant que les caractéristiques électriques du capteur soient similaires à celles d’une NTC.
- Un générateur de signal d’horloge très économe met, toutes les 4 secondes, et ce, pendant 150 ms seulement, un pont de mesure en fonction, le dit pont de mesure activant un trigger de Schmitt. Au cours de cet intervalle de 150 ms on compare la valeur de résistance d’une thermistance, une NTC (résistance à coefficient de température négatif) à celle d’une résistance de consigne ; si la dite résistance est trop faible, on a déclenchement d’une alarme.
-Tout au début, le condensateur C1 est déchargé et les transistors T1 à T3 bloquent. C1 se charge ensuite très progressivement par le biais des résistances R1, R7 et R8, jusqu’à ce que la base de T1 passe au-delà de sa tension de seuil. T1 devient passant et fait passer en conduction les transistors T2 et T3. C1 est alors mis en charge par l’intermédiaire de la source de courant constituée de T2, D1 et T1, jusqu’à ce que le courant fourni par la source devienne plus faible que celui circulant à travers R3 et T3 (de l’ordre de 3 mA).
- Le transistor T1 cesse alors de conduire et par couplage réactif du circuit par le biais de C1, le montage bloque. C1 a (pratiquement) atteint sa charge maximale, de sorte que le potentiel de l’anode de D1 tombe sensiblement en-deçà de 0 V et ce n’est qu’après décharge à travers la résistance R1 que l’ensemble du processus reprend au début. Comme on le voit, la majeure partie du courant consommé l’est pour la charge du condensateur C1. La porte CMOS IC1a fait office de convertisseur d’impédance et d’étage de puissance push-pull. À intervalle régulier, il met brièvement un pont de mesure en fonction, pont de mesure constitué par les résistances R9 à R12 épaulées par P1 et C1. Le pont de mesure attaque un amplificateur différentiel monté en aval.
Le miroir de courant introduit, en dépit du courant faible mis en œuvre (et de la faible pente des transistors qui en découle), un gain en tension élevé et partant une sensibilité importante.
- Les résistances R13 et R15 dotent une entrée à trigger de Schmitt de l’amplificateur différentiel d’une pseudo-hystérésis, garantissant ainsi l’obtention de résultats de mesure rapides et précis. Le condensateur C2 sert, dans le cas d’une liaison de longueur importante vers le capteur, à la compensation de capacités parasites et évite ainsi les fausses alarmes.
On pourra, si l’on implante le capteur directement sur le montage, dans le cas de la surveillance d’une température ambiante par exemple, supprimer C2 et R13. Le condensateur C3 a pour fonction d’ « avaler » les impulsions parasites et ainsi d’éviter, lui aussi, les déclenchements d’alarme intempestifs. Pour éviter que l’on ait, lors de la mise hors-fonction du pont de mesure, une fausse alarme due à la charge résiduelle de C2, on procède lors de la mise hors-fonction du pont, à une décharge de C3 par l’intermédiaire de la diode D2. Le reste du montage ne demande guère d’explications.
- La paire de portes IC1c/ IC1d constitue un oscillateur rudimentaire, chargé du pilotage du résonateur travaillant en tension alternative. Ce montage sera impérativement monté, en raison de la valeur extrêmement élevée des résistances du générateur de signal d’horloge, sur une platine époxy. On utilisera pour C1 un condensateur présentant le courant de fuite le plus faible possible. Si l’on préfère déclencher une alarme en cas de dépassement vers le haut plutôt que vers le bas de la valeur de consigne, comme c’est le cas ici, il suffira d’intervertir en conséquence les éléments du pont de mesure ainsi que les entrées inverseuses et non inverseuses de l’amplificateur différentiel.
- Un mot au sujet du capteur, une NTC présente, à –18 °C une résistance environ 10 fois plus faible que sa résistance nominale. Vu qu’il existe des NTC à coefficients de température très variables, seuls une consultation de la fiche de caractéristiques ou des essais en nature peuvent nous renseigner.
La résistance à –18 °C devrait être de l’ordre de 300 à 400 kΩ, R12 devant présenter une résistance du même ordre. L’ajustable permet un réglage fin du seuil de commutation. On trouve sur le schéma, une NTC, mais rien n’interdit de la remplacer par un autre type de capteur si le paramètre à surveiller n’est pas une température, ceci à condition cependant que les caractéristiques électriques du capteur soient similaires à celles d’une NTC.
K. Syttkus © Elektor
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