jeudi 25 juillet 2019

Soudure d'un microcontrôleur CMS


Soudure d'un microcontrôleur CMS


Pour souder un boîtier CMS (ATMEGA328P en boîtier TQFP32 par exemple) sur une carte je vous conseille une panne mini-vague.

Cette panne est biseautée :

Celle-ci est une PLATO-EW-513 1.6mm pour fer Weller LR21.

En regardant cette vidéo vous comprendrez facilement :

La vidéo montre trois techniques :
  • sweep
  • point par point
  • mini-vague
La première et troisième technique utilisent une panne mini-vague, la deuxième une panne classique tournevis.

La dernière technique nécessite l'emploi de flux. L'opérateur dépose une goutte de soudure sur la panne et fait glisser celle-ci sur les 40 pattes d'un QFP160 !

Personnellement pour un ATMEGA328P je n'utilise pas de flux.

Je commence par bien positionner le composant sur les pads, puis je soude deux pattes en diagonale. Je vérifie l'alignement et je corrige si besoin.
Ensuite je pose le méplat de la panne sur la première patte comme ceci :


Je dépose une goutte de soudure sur la panne et je fais glisser la goutte sur les 7 autres pattes. Et je recommence sur les trois autres côtés.
Cette technique fonctionne bien avec de la soudure 0.5mm, mais il est difficile de souder plus de 8 à 10 pattes sans ajouter de soudure.

On peut aussi faire comme ceci, mais il faut de la soudure de 0.25mm :


Je pose le fil de soudure sur les pattes, je pose ensuite le méplat de la panne sur la première patte et je fais glisser la panne vers l'avant en déplaçant le fil de soudure. La soudure fond au fur et à mesure que la panne se déplace. Cette technique est plus adaptée lorsque le nombre de pattes est important.

Il vaut mieux fixer la carte sur l'établi (un peu de Patafix par exemple).

Si la quantité de soudure est trop importante, rien ne vous empêche d'absorber l'excédent avec de la tresse à dessouder.

Ces deux techniques sont très rapides. Essayez c'est très facile !


Cordialement
Henri

PS: la musique de la vidéo : Dan Morrissey, molotov 

Montage et chargement d'un ATMEGA328P



Montage et chargement d'un

ATMEGA328P


Pourquoi refaire un nième article traitant du montage et du chargement d'un microcontrôleur ATMEGA328 sur une breadboard ou un PCB ?

Hé bien je voulais présenter une solution complète exposant les différentes possibilités :

  • ATMEGA328P DIP ou TQFP32
  • version 16MHz ou 8MHz
  • alimentation 5V ou 3.3V
  • USBASP ou ARDUINO as ISP
  • Convertisseur USB / série ou pas

Cet article sera donc un peu plus long que ceux que vous rencontrerez par ailleurs sur le WEB.

Il pourra également servir de tutoriel pour recharger le bootloader d'une carte ARDUINO, à l'aide d'un USBASP ou d'une autre carte ARDUINO (ARDUINO as ISP).

Tout d'abord, pourquoi utiliser un microcontrôleur nu en lieu et place d'une carte UNO, NANO ou PRO MINI ?

L'avantage le plus évident est le gain de place. Même un ATMEGA328P en boîtier DIP occupera moins de place qu'une carte PRO MINI.

L'autre intérêt de cette solution est de pouvoir utiliser une alimentation ultra-adaptée au besoin. Dans certains cas, une simple pile bouton pourra alimenter votre montage, ou une batterie LiFePO4, sans nécessiter le moindre régulateur.

Commençons par expliquer quelques termes.

L'oscillateur est un composant qui permet de cadencer le microcontrôleur. C'est en général un quartz de 8MHz ou 16MHz.

Il est possible de faire fonctionner le microcontrôleur sans oscillateur externe. Dans ce cas, un oscillateur interne est utilisé.

Voir paragraphe : 5. Utiliser l'oscillateur interne

Un USBASP est un petit boîtier programmateur que l'on branche sur le connecteur ICSP d'une carte UNO ou NANO pour charger son bootloader ou une application :


Qu'est ce qu'un "ARDUINO as ISP" ?

C'est une carte ARDUINO (généralement UNO ou NANO) que l'on utilise comme programmateur, tout comme un USBASP. Un firmware "ArduinoISP" doit être chargé dans la carte.

Plus de précisions ici : ARDUINO : le BOOTLOADER

1. Le schéma

1.1. La version DIP28

La version DIP28 est équipée d'un ATMEGA328P DIL (Dual In Line) 28pins :

Ce circuit peut facilement être réalisé sur une breadboard. Si l'on cherche simplement à programmer un ATMEGA328P DIL, on peut carrément utiliser une carte UNO. Il suffit d'extraire le microcontrôleur d'origine et le remplacer par celui que l'on désire programmer :

Il vaut mieux utiliser une pince plate à becs fins pour l’extraction.

1.1. La version TQFP32

La version TQFP32 est équipée d'un ATMEGA328P en boîtier CMS :

Attention : ces deux schémas peuvent paraître identiques mais le brochage du microcontrôleur est très différent.

Pour un maquettage sur breadboard on pourra utiliser un adaptateur TQFP32 / DIL :

Pour souder un boîtier TQFP sur une carte je vous conseille de regarder ceci :

https://riton-duino.blogspot.com/2019/07/soudure-dun-microcontroleur-cms.html

Pour les fainéants il y a plus facile :


Le schéma est pourvu de tous les composants nécessaires :

  • l'ATMEGA328P
  • oscillateur 8MHz ou 16MHz
  • LED power ON
  • LED sur D13
  • connecteur ICSP
  • convertisseur USB / série
  • régulateur 5V ou 3.3V

Le condensateur C3 permet de redémarrer l'ATMEGA328P avant le chargement, donc à l'ouverture du port série : le RTS monte. On peut aussi utiliser la broche DTR du convertisseur.

Dans le cas où l'on désire implanter les composants sur un PCB il est conseillé de respecter le brochage du connecteur ICSP (tel qu'il est sur le schéma) afin qu'il corresponde à celui d'une carte UNO ou NANO :



Ainsi, vous n'aurez aucun mal à utiliser un programmateur standard, USBASP par exemple.

Pour ce qui est du connecteur 5 points réservé à la liaison série, faites en fonction de votre adaptateur USB / série. L'idéal est de pouvoir l'embrocher directement sur un connecteur adapté.

2. Faire ses choix

Car il va bien falloir faire des choix :

  • tension d'alimentation
  • fréquence de l'oscillateur
  • technique de chargement

Comme vous vous en doutez la tension d'alimentation sera dépendante de la fréquence de l'oscillateur.

En fait ce sera probablement l'inverse : vous choisirez plutôt l'oscillateur en fonction de la tension d'alimentation que vous envisagez.

2.1. Alimentation

Sur le schéma on voit 3 jumpers :

  • JP1 : alimentation à l'aide d'un régulateur
  • JP2 : alimentation par le connecteur ICSP
  • JP3 : alimentation par le convertisseur USB / série

Bien entendu, un jumper peut être remplacé par un simple fil.

Une alimentation en 3.3V pourra être envisagée uniquement si la fréquence de l'oscillateur est de 8MHz.

2.1.1. Alimentation à l'aide d'un régulateur

Le régulateur sera choisi en fonction des besoins :

  • tension 5V ou 3.3V
  • courant nécessaire

La tension d'alimentation sera choisie en fonction de la fréquence de l'oscillateur (voir plus loin).

Lorsqu'on a besoin de maximum 100mA, un HT7550-1 (5V) ou un HT7533-1 (3.3V) est un très bon choix.

Pour des besoins supérieurs un HT7350-1 (5V) ou un HT7333-1 (3.3V) pourra fournir 250mA, un HT7850-1 (5V) ou un HT8333-1 (3.3V) pourra fournir 500mA.

Cette série de régulateurs est très adaptée à des montages fonctionnant sur batterie ou pile. Si ce n'est pas votre besoin, vous pourrez faire votre marché ici :

https://riton-duino.blogspot.com/2018/11/les-regulateurs-ldo.html

2.1.2. Alimentation par le connecteur ICSP

Le montage peut être alimenté par le connecteur ICSP, mais la tension d'alimentation va dépendre du programmateur utilisé :

  • USBASP : 5V
  • USBTINY : 5V
  • ARDUINO as ISP : 5V ou 3.3V

Il est à noter que programmer un ATMEGA328P pourvu d'un oscillateur 8MHz alimenté en 5V ne l'empêchera pas de fonctionner sous 3.3V ensuite.

2.1.3. Alimentation par le convertisseur USB / série

L'alimentation peut également provenir du convertisseur USB / série.

Suivant le modèle, celui-ci pourra fournir une tension de 5V, 3.3V ou les deux. La plupart des convertisseurs sont équipés d'un jumper ou d'un switch permettant de choisir la tension de travail :

FT323RL 5V ou 3.3V
FT323RL 5V ou 3.3V

Cette solution sera certainement la moins apte à fournir un courant important. Ce courant dépendra du chip utilisé sur le convertisseur (FT232RL, CH340, etc.).

2.2. Version 16MHz ou 8MHz

La version 16MHz sera équipée d'un oscillateur 16MHz. Elle sera obligatoirement alimentée en 5V.

La version 8MHz sera équipée d'un oscillateur 8MHz. Elle pourra être alimentée en 3.3V ou 5V.

2.3. Version ICSP seul

Un ATMEGA328P est parfaitement capable de fonctionner sans bootloader, et l'application peut être chargée à l'aide du connecteur ICSP et d'un programmateur :

  • un USBASP
  • un USBTINY
  • un ARDUINO + firmware "ARDUINO as ISP"
  • etc.

Dans ce cas, le convertisseur USB / série (FT232RL sur le schéma) est inutile (sauf vous avez besoin d'une ligne RS232 par ailleurs).

On peut supprimer aussi le condensateur C3.

Il faudra alimenter le montage soit par un régulateur soit par le connecteur ICSP.

Rappel : en l'absence de bootloader, le chargement par la ligne série est impossible.

2.4. Version ICSP + convertisseur USB / série

Le connecteur ICSP sera utilisé pour le chargement du bootloader, et l'application (sketch) sera chargée à l'aide du convertisseur USB / série.

On peut se demander quel est l'intérêt de charger l'application à l'aide de la ligne série alors que l'on peut très bien le faire par le connecteur ICSP, en se passant de bootloader ?

Il y beaucoup d'arguments contre :

  • cela implique une double connectique (ICSP + Convertisseur USB / série), mais si vous avez besoin d'une ligne RS232 par ailleurs, le convertisseur USB / série sera présent de toutes façons
  • un condensateur de RESET est nécessaire (C3 sur le schéma)
  • la place occupée en mémoire par le bootloader n'est pas négligeable

Mais on va vous laisser le choix.

Lorsque l'on désire réaliser le chargement par la ligne série, le bootloader est indispensable, et un convertisseur USB / série doit être installé (FT232RL sur le schéma).

Il faudra alimenter le montage soit par un régulateur soit par le connecteur ICSP, soit pas le convertisseur USB / série.

Il est à noter qu'une fois que le bootloader est chargé, on peut retirer le programmateur ICSP.

3. Le chargement

Nous allons aborder ici la partie chargement du logiciel. Dans les paragraphes suivants je considère uniquement deux cas :

  • USBASP
  • Arduino as ISP

Mais la marche à suivre avec un autre programmateur  est similaire.

3.1. USBASP

Le boîtier USB ASP  peut être livré nu :

Dans ce cas, la pin 1 est située à droite (en regardant le connecteur de face) de l'encoche du connecteur 10 points mâle. Un petit triangle sérigraphié sur la carte indique son emplacement.

Il peut également être livré avec une nappe et un adaptateur 10pins / 6pins directement connectable sur le connecteur 6 points d'une carte UNO ou NANO :


Dans ce cas, la pin 1 est située à droite (vu de dessus) de l'encoche du connecteur 6 points. Une sérigraphie est normalement présente.

Le boîtier pourra être branché sur le connecteur ICSP comme suit :



A gauche, la version avec adaptateur 10pins / 6pins, à droite la version sans adaptateur.

Bien entendu, pour un maquettage sur breadboard, des fils DUPONT peuvent être utilisés entre le connecteur du boîtier et la breadboard.

Pour fonctionner sous Windows, un driver sera nécessaire : https://zadig.akeo.ie/

3.2. ARDUINO as ISP

Une carte ARDUINO UNO ou NANO peut être utilisée :

On peut se demander s'il ne serait pas intéressant de relier le connecteur ICSP de la carte qui va servir de programmateur au connecteur ICSP du montage.

Non, car le RESET va provenir de la pin D10 de la carte programmateur.

Remarque : rien ne vous empêche de relier la broche 3.3V de la UNO à la broche VCC du connecteur ICSP, si votre montage doit être alimenté en 3.3V.

Si l'on envisage d'utiliser cette solution sur une carte maison pourvue d'un connecteur ICSP il est intéressant de se fabriquer un petit câble 6 points :

Ce câble pourra aussi servir à recharger le bootloader d'une autre carte ARDUINO.

A noter : la pin 1 du connecteur ICSP n'est pas toujours sérigraphiée, en particulier sur les UNO chinoises :

ARDUINO UNO R3

ARDUINO NANO

Si vous utilisez un connecteur IDC 6 points pour réaliser votre câble, rien n'indique l'emplacement de la pin 1. J'ai dessiné une flèche :

Ce connecteur est prévu pour du câble en nappe. Sertir six fils séparés sera plus compliqué.

Le brochage pour un connecteur IDC est le suivant :

  • 1 (jaune) MISO : broche 12 de la UNO
  • 2 (rouge) VCC : 5V de la UNO
  • 3 (vert) CLK : broche 13 de la UNO
  • 4 (violet) MOSI : broche 11 de la UNO
  • 5 (blanc) RESET : broche 10 de la UNO
  • 6 (noir) GND : GND de la UNO

Un boîtier de connecteur DUPONT (ou NDR) 6 points est plus facile à trouver, et plus facile à sertir. Une petite flèche indique la pin 1 :

Attention : la pin 1 de ce connecteur NDR n'est pas au même endroit que sur le connecteur IDC. Les pins 1 et 5, 2 et 6 sont à intervertir.

Cela veut dire également que lorsque vous allez connecter ce câble à une UNO ou NANO la pin 1 ne va pas se situer en face du 1 sérigraphié sur la carte. Mais ce n'est pas important, l'essentiel est que les pins de la carte reçoivent les bons signaux, n'est-ce pas ?

Dans les deux cas (IDC ou NDR), vous pouvez déposer une petite goutte de peinture ou de vernis à ongle rouge sur le connecteur en vis à vis de la pin 1 de la carte.

Le brochage pour un connecteur NDR est le suivant :

  • 1 (blanc) RESET : broche 10 de la UNO
  • 2 (noir) GND : GND de la UNO
  • 3 (vert) CLK : broche 13 de la UNO
  • 4 (violet) MOSI : broche 11 de la UNO
  • 5 (jaune) MISO : broche 12 de la UNO
  • 6 (rouge) VCC : 5V de la UNO

Aidez-vous de mes photos, ce sera plus simple.

Ici, rechargement du bootloader d'une NANO. Une UNO est utilisée comme carte programmateur :

Et pourquoi ne pas laisser ce câble à demeure sur la UNO qui servira de programmateur, si vous l'utilisez souvent ?

Pour pouvoir fonctionner comme un programmateur, la carte ARDUINO va avoir besoin d'un logiciel (ou firmware) nommé ArduinoISP.

Pour charger ArduinoISP, à partir des menus de l'IDE ARDUINO, procédez comme suit :

  • choix de la carte :
    • Outils / type de carte
      • Arduino UNO
    • ou
      • Arduino NANO
    • Outils / Processeur (si la carte est une NANO)
      • ATmega328P
    • ou
      • ATmega328P (Old Bootloader)
  • sketch
    • Fichier / Exemples / 11.ArduinoISP
      • ArduinoISP
  • chargement :
    • Cliquez sur l'icône Téléverser
    • ou
    • Menu Croquis / Téléverser
    • ou
    • CTRL+U

Votre programmateur est prêt à être utilisé.

3.3. Le bootloader

Comme dit plus haut, le chargement du bootloader se fait obligatoirement à l'aide d'un programmateur.

Si vous n'envisagez pas d'utiliser le bootloader, passez directement au paragraphe 3.4.

Pour le chargement du bootloader, à partir des menus de l'IDE ARDUINO, procédez comme suit :

  • choix de la carte :
    • Outils / type de carte
      • Arduino PRO or PRO MINI
    • Outils / Processeur (en fonction de l'oscillateur choisi)
      • ATmega328P (5V, 16MHz)
    • ou
      • ATmega328P (3.3V, 8MHz)
  • choix du programmateur :
    • Outils / Programmateur
      • USBasp
    • ou
      • Arduino as ISP
  • chargement :
    • Outils / Graver la séquence d'initialisation

Votre bootloader est installé.

3.4. L'application (sketch)

Deux cas sont à considérer.

3.4.1. Version sans bootloader

Si vous envisagez de vous passer de bootloader, la marche à suivre est celle-ci :

  • choix de la carte :
    • Outils / type de carte
      • Arduino PRO or PRO MINI
    • Outils / Processeur (en fonction de l'oscillateur choisi)
      • ATmega328P (5V, 16MHz)
    • ou
      • ATmega328P (3.3V, 8MHz)
  • choix du programmateur :
    • Outils / Programmateur
      • USBasp
    • ou
      • Arduino as ISP
  • chargement :
    • Croquis / Téléverser avec un programmateur
    • ou
    • CTRL+SHIFT+U

Votre application est installée.

3.4.2. Version avec bootloader

Pour charger votre application, la marche à suivre est habituelle :

  • choix de la carte :
    • Outils / type de carte
      • Arduino PRO or PRO MINI
    • Outils / Processeur (en fonction de l'oscillateur choisi)
      • ATmega328P (5V, 16MHz)
    • ou
      • ATmega328P (3.3V, 8MHz)
  • chargement :
    • Cliquez sur l'icône Téléverser
    • ou
    • Menu Croquis / Téléverser
    • ou
    • CTRL+U

Votre application est installée.

4. Photos

Ci-dessous deux images des montages réalisés.

Montage avec ATMEGA328P DIP28 :

La configuration est la suivante :

  • ATMEGA328P DIP28
  • oscillateur 8MHz
  • alimentation 3.3V par le l'adaptateur USB / série FT232RL
  • bootloader chargé + sketch blink

Le cavalier de l'adaptateur FT232RL est positionné sur 3.3V

L'USBASP est branché par des fils DUPONT. Le rouge (5V) n'est pas connecté.

La LED bleue sur D13 clignote à la bonne vitesse. Le sketch blink modifié affiche un petit message sur le terminal à chaque clignotement, le baudrate est OK.

Sur la beadboard, à droite, l'oscillateur 16MHz utilisé pour un test précédent.

Montage avec ATMEGA328P TQFP32 :

La configuration est la suivante :

  • ATMEGA328P TQFP32 sur adaptateur TQFP32 / DIP32
  • oscillateur 16MHz
  • alimentation 5V par le l'adaptateur USB / série FT232RL
  • bootloader chargé + sketch blink

Le cavalier de l'adaptateur FT232RL est positionné sur 5V

L'USBASP est branché par des fils DUPONT. Le rouge (5V) n'est pas connecté.

La LED bleue sur D13 clignote à la bonne vitesse. Le sketch blink modifié affiche un petit message sur le terminal à chaque clignotement, le baudrate est OK.

5. Utiliser l'oscillateur interne

Pourquoi se passer de l'oscillateur externe 8MHz ou 16MHz ?

Pour quelques bonnes raisons :

  • simplicité
  • coût
  • encombrement
  • alimentation possible en 3.3V ou 5V

Par contre cela se fera certainement au prix d'une certaine perte de précision en fréquence.

Utiliser l'oscillateur interne oblige à modifier le fichier boards.txt situé dans le répertoire suivant (xxxxxx étant le répertoire utilisateur) :

Linux : /home/xxxxxx/.arduino15/packages/arduino/hardware/avr/1.6.207/

Windows : C:\Users\xxxxxx\AppData\Local\Arduino15

Nous allons ajouter les lignes suivantes dans ce fichier, entre les définitions liées aux cartes PRO MINI :

## Arduino Pro or Pro Mini (3.3V, 8 MHz) w/ ATmega328P

ICI

## Arduino Pro or Pro Mini (5V, 16 MHz) w/ ATmega168

Ces lignes visent principalement à modifier les fuses de l'ATMEGA328P :

## Arduino Pro or Pro Mini (3.3V, 8 MHz internal) w/ ATmega328P
## ---------------------------------------------------
pro.menu.cpu.8MHzinternal=ATmega328P (3.3V, 8 MHz internal)

pro.menu.cpu.8MHzinternal.upload.maximum_size=30720
pro.menu.cpu.8MHzinternal.upload.maximum_data_size=2048
pro.menu.cpu.8MHzinternal.upload.speed=57600

pro.menu.cpu.8MHzinternal.bootloader.low_fuses=0xC2
pro.menu.cpu.8MHzinternal.bootloader.high_fuses=0xDA
pro.menu.cpu.8MHzinternal.bootloader.extended_fuses=0xFD
pro.menu.cpu.8MHzinternal.bootloader.file=atmega/ATmegaBOOT_168_atmega328_pro_8MHz.hex

pro.menu.cpu.8MHzinternal.build.mcu=atmega328p
pro.menu.cpu.8MHzinternal.build.f_cpu=8000000L

J'ai étendu le paramétrage de la PRO MINI par habitude, ayant de grandes affinités avec cette carte, mais rien n’empêche de créer une nouvelle carte UNO ou NANO.

Il faut relancer l'IDE ARDUINO.

Vous devez voir apparaître un nouveau choix dans le sous-menu Processeur de la carte Arduino PRO MINI :

  • Outils / type de carte
    • Arduino PRO or PRO MINI
  • Outils / Processeur (en fonction de l'oscillateur choisi)
    • ATmega328P (3.3V, 8MHz internal)

Ensuite nous allons retirer l'oscillateur externe et les deux condensateurs C1 et C2 de 22pF.

Ensuite il faut utiliser la méthode de chargement de l'application sans bootloader :

3.4.1. Version sans bootloader

Le choix du processeur sera le suivant :

  • choix de la carte :
    • Outils / type de carte
      • Arduino PRO or PRO MINI
    • Outils / Processeur (en fonction de l'oscillateur choisi)
      • ATmega328P (3.3V, 8MHz internal)

Que ce soit avec le bootloader ATmegaBOOT_168_atmega328_pro_8MHz.hex ou optiboot_atmega328.hex  le chargement par la ligne série ne semble pas donner de résultat. Il y a peut être une autre option.

En alimentant en 5V ou 3.3V la LED bleue sur D13 clignote à la bonne vitesse. Le sketch blink modifié affiche un petit message sur le terminal à chaque clignotement, le baudrate est OK.

A noter : il est possible aussi de diviser l'horloge interne par 8 pour obtenir un fonctionnement à 1MHz :

pro.menu.cpu.8MHzinternal.bootloader.low_fuses=0x42
pro.menu.cpu.8MHzinternal.build.f_cpu=1000000L

Pour calculer les fuses on peut utiliser ce site :

http://eleccelerator.com/fusecalc/fusecalc.php?chip=atmega328p

6. Conclusion

Cet article vous donnera peut être envie d'implanter un ATMEGA328P sur un PCB personnel.


Cordialement
Henri

7. Mises à jour

26/07/2019 : 4. Photos : montage avec ATMEGA328P TQFP32
                     5. Utiliser l'oscillateur interne
27/07/2019 : 3.2. ARDUINO as ISP : photos

lundi 22 juillet 2019

Un télérupteur MYSENSORS pour rail DIN



Un télérupteur MYSENSORS pour rail DIN


L'étude qui suit décrit un télérupteur double connecté. Elle a été menée suite à un constat : les micro-modules de commande de télérupteurs du commerce sont très peu fiables :

Ayant acheté un de ces micro-modules Blyss, au bout de trois semaines, un matin je constate que la lumière est allumée dans le couloir. La bobine du télérupteur est sous tension et génère un bruit caractéristique. Tout rentre dans l'ordre après débranchement du module. Conclusion : la sortie du module est en court circuit. Fiabilité à revoir.

D'autre part une solution du commerce est chère :
  • micro-module : 32€
  • télérupteur : 25€
  • total : 57€ par canal
Le module décrit dans cet article, boîtier compris, m'a coûté 19.50€ pour deux canaux.

Les micro-modules du marché ne sont pas tous des bidules infâmes à fuir absolument. Un Fibaro FGS-212 est un bon choix. Il coûte 50€.

Cette réalisation est fortement inspirée de cet article :
https://riton-duino.blogspot.com/2018/02/une-prise-connectee-mysensors.html

1. Câblage

Il serait possible de commander un télérupteur classique avec le montage suivant :

Un petit relais est branché en parallèle sur les boutons-poussoirs existants. A chaque commande le relais est fermé pendant un temps très court et actionne le télérupteur.
Dans le cas où l'on utilise un micro-module du commerce, celui-ci est branché également en parallèle sur un des boutons-poussoirs.

Le module proposé ici se passe de télérupteur. Il le remplace. Les boutons-poussoirs existants peuvent être raccordés sur le module :

Bien entendu, on pourra raccorder autant de boutons-poussoirs que nécessaire, comme pour un télérupteur classique.

2. Les fonctionnalités

Ce télérupteur possède deux relais et peut donc commander deux charges. Il est destiné à être logé dans un boîtier prévu pour un rail DIN (largeur 4 modules, donc 70mm). Il s’intégrera donc parfaitement dans le tableau électrique  :


Il peut être soit commandé directement par des boutons-poussoirs (optionnels), soit télécommandé par l'intermédiaire d'un serveur DOMOTICZ (ou autre supporté par MYSENSORS). Les actions peuvent être commandées via une télécommande par exemple, ou un interrupteur connecté.

Les liens suivants vous seront utiles :
https://riton-duino.blogspot.com/2019/05/mysensors-presentation.html 
https://easydomoticz.com/domoticz-arduino-mysensors-org-partie-2-la-passerelle
 
Le relais utilisé est du type bistable, ce qui lui évitera de chauffer inutilement durant les périodes ou il sera activé. Il est capable de commuter des charges résistives de 16A maximum.

L'alimentation est un modèle à découpage de 3W de bonne qualité.

3. Le matériel

Pour réaliser cette prise, il vous faudra réunir :
  • un ARDUINO MINI
  • un module radio NRF24L01
  • une alimentation à découpage MEANWELL IRM-03-5
  • un régulateur 3.3V LDO MCP1702
  • deux condensateur de 100nF
  • un condensateur MLCC de 1µF
  • 2 relais bistables OMRON-G5RL-K1A-E-5DC
  • 4 transistors 2N3904
  • 4 résistances de 1K
  • 4 diodes 1N4148
  • 5 borniers à vis 2 broches au pas de 5.00mm
Cliquez sur les liens pour avoir une idée plus précises du matériel.

Une bonne partie des éléments peuvent être trouvés facilement sur AliExpress, surtout les connecteurs.

4. Le schéma


Le schéma est réalisé à l'aide de KICAD.

Il est possible bien entendu de n'implanter qu'un seul relais. Dans ce cas, on implantera uniquement :
  • 2 transistors 2N3904
  • 2 résistances de 1K
  • 2 diodes 1N4148
Rappel : les deux relais OMRON commandent directement les charges. Ancun télérupteur n'est nécessaire.
Les boutons-poussoirs existants peuvent être raccordés sur les entrées MANUAL1 et MANUAL2.

Pour récupérer le projet voir plus bas :  11. Téléchargements.

Vous pouvez essayer ce montage sur une bread-board. Le module NRF42L01 devra être relié à celle-ci à l'aide de câbles DUPONT mâle-femelle, à moins de disposer d'une carte "BreakOut" directement implantable sur la bread-board.
Pour supporter un courant important les pistes reliant les connecteurs 230V et le relais devront être surchargées avec de l'étain ou du cuivre monobrin de 1.5 mm2.

5. IDE ARDUINO

Il vous faudra bien entendu installer les bibliothèques ARDUINO suivantes :
Librairie MYSENSORS : https://www.mysensors.org/download

Dans votre IDE (arduino-cc 1.6.9 par exemple), dans le menu "Outils/Type de Carte" choisir "Arduino Pro or Pro Mini". Dans le menu "Outils/Processeur" choisir "ATmega328 (3.3V, 8MHz)" ou "ATmega328 (5V, 16MHz)" suivant le modèle de votre possession.

6. Le code

Pour récupérer le projet voir plus bas :  11. Téléchargements.

7. Chargement

Reportez-vous à la page traitant de l'ARDUINO MINI.

8. DOMOTICZ

Reportez-vous à ce document :
Il arrive que l'on doive commander une prise par l'intermédiaire d'un logiciel autre que DOMOTICZ.

Cela a été mon cas jusqu'à récemment. Mon serveur DOMOTICZ tourne sur une RASPBERRY PI sur laquelle était également installé un script PYTHON recevant les ordres d'une télécommande infra-rouge. Ce script interprète les codes reçus et appelle ensuite un autre script qui se contente d'envoyer une requête JSON à DOMOTICZ.
Le relais connecté décrit ici alimente chez moi deux éclairages. Ce script permet de les piloter :

https://bitbucket.org/henri_bachetti/mysensors-plug/src/master/raspberry-pi/

9. Boîtier

Ce montage a été intégré dans boîtier kradex-Z-108. Ce boîtier est pourvu d'une fenêtre transparente, blanche ou rouge :


Ce modèle existe également sans fenêtre :



10. Photos

Ci-dessous une image du montage réalisé :

Comme vous le voyez, il rentre parfaitement dans son boîtier. 

11. Téléchargements

Pour télécharger le projet : https://bitbucket.org/henri_bachetti/mysensors-din-relay.git
 
Cette page vous donne toutes les informations nécessaires :
https://riton-duino.blogspot.com/p/migration-sous-bitbucket.html
 

12. Lien utiles

DOMOTICZ : https://domoticz.com/MYSENSORS : https://www.mysensors.org/
NRF24L01 : http://www.nordicsemi.com/eng/Products/2.4GHz-RF/nRF24L01

13. Conclusion

Voici une petite réalisation très simple et bon marché qui remplacera avantageusement les solutions fantaisistes ou très chères du commerce.


Cordialement
Henri

14. Mises à jour

23/07/2019 :  1. Câblage

samedi 13 juillet 2019

L'utilisation des Condensateurs



L'utilisation des Condensateurs


Nous allons expliquer dans cet article quels sont les types principaux de condensateurs que l'on utilise dans nos montages et surtout parler de leurs utilisations types.

Ce sujet abordera principalement les cas suivants :
  • alimentations filtrées
  • régulateurs
  • microcontrôleurs, circuits logiques et analogiques
  • filtres secteur et anti-parasitage
  • audio
Je ne parlerai pas de HF. Ce n'est pas mon domaine d'expertise et suffisamment de sites spécialisés traitent du sujet.

Également je vais très peu m'étendre sur les explications théoriques, mais plutôt sur les applications pratiques et surtout les précautions à respecter.

D'autre part je ne vais pas présenter, comme on le voit souvent, les condensateurs par type avec leurs applications possibles, mais plutôt aborder chaque cas d'utilisation en suggérant un ou plusieurs types de condensateur.

Après tout, c'est bien souvent comme cela que se présente le problème :
J'ai telle application en vue, quel condensateur employer ?

Une petite présentation en images des principaux types de condensateurs se trouve en fin d'article.

1. Le condensateur

On trouve beaucoup d'explications sur la théorie des condensateurs. Je ne vais pas répéter ce d'autres écrivent de manière très complète :
https://fr.wikipedia.org/wiki/Condensateur
Condensateurs Utilisés En électronique De Puissance.pdf
http://www.dreamm.net/pub/ARCHI/LesCondensateurs/condensateur.pdf

Disons simplement qu'un condensateur est un composant passif capable de stocker de l'énergie sous forme de champ électrostatique, entre deux armatures métalliques séparées par un isolant (diélectrique) :
Un condensateur peut être polarisé, c'est à dire qu'il aura un sens de branchement précis avec un pôle positif et un pôle négatif :
Attention : un condensateur polarisé branché à l'envers peut exploser.

La majeure partie des condensateurs ont un petit nom abrégé :
  • polystyrène ou styroflex : MKS, MKY (Siemens)
  • polypropylène : MKP, MKV (à huile)
  • polyester ou mylar : MKT
  • polycarbonate : MKC
  • papier huilé : MP
  • céramique multicouche : MLCC
Attention, la marque WIMA code certains de ses condensateurs polyester MKS ce qui prête à confusion.

1.1. La capacité

La capacité est principalement déterminée par la surface des armatures, mais elle dépend aussi de l'isolant. La valeur est exprimée en Farad, pico-farad, nano-farad ou micro-farad.

Qui dit capacité importante dit forcément taille importante et inversement.

On est capable à l'heure actuelle de fabriquer des condensateurs électrolytiques d'un farad supportant 25V ayant un encombrement de Ø90x170mm :


La technologie employée limite souvent la capacité, principalement à cause de l'impossibilité de laminer certains diélectriques en feuilles suffisamment fines :
  • tantale : 1000µF
  • polyester : 100µF
  • polypropylène : 100µF
  • céramique MLCC : 4.7µF
  • papier : 1µF
  • polystyrène : 33nF
  • etc.

1.2. La tension de service

La tension de service indique la tension maximale à ne pas dépasser entre les deux pôles d'un condensateur.

Les tensions disponibles dépendent de la technologie employée :
  • électrolytiques : 4V à 500V
  • céramique MLCC : 25V à 500V
  • tantale : 6.3V à 50V 
  • polystyrène : 63V à 160V
  • papier : 125V à 1500V
  • polyester : 30V à 3000V
  • polypropylène : 30V à 10000V
  • etc.
1.2.2. Sous-voltage des condensateurs plastique
Il ne faut pas être effrayé d'utiliser un condensateur film plastique 63V dans une application 5V. Ce sont des condensateurs généralement non fabriqués pour des tensions de service de faible valeur.
Si vous avez un stock de condensateurs polyester 100nF 250V dans vos tiroirs, n'hésitez pas à les utiliser sous 5V ou 3.3V. Il n'y a aucun inconvénient, à part leur taille, qui sera supérieure à celle d'un modèle 30V ou 63V.

1.2.3. Sous-voltage des condensateurs électrolytiques
Certaines personnes affirment que pour un condensateur électrolytique il est déconseillé de choisir une tension de service trop importante sous peine d'accélérer son vieillissement.

Légende urbaine ? pas forcément ...

Réponse d'un collègue ingénieur : Un fabricant d'alimentations m'avait dit il y a  une quinzaine d'années, qu'un condensateur se dégradait lorsqu'il était soumis à une tension très inférieure à sa tension de service. Mais je n'ai jamais vu de document de fabricants de condensateur qui donnait l'évolution de la capacité d'un condensateur en fonction de sa tension d'utilisation.

D'autres personnes affirment que : Le condensateur électrolytique présente la singulière propriété de réparer son diélectrique tout au long de sa vie, et même de l'adapter à la tension appliquée. Son diélectrique se dégrade s'il reste non utilisé ou sous-volté un certain temps. En revanche, lorsqu'une tension plus forte que celle que supporte le diélectrique lui est appliquée, ce condensateur reforme son diélectrique au seul prix d'une augmentation transitoire de son courant de fuite.

Cela semble contredire le proverbe "qui peut le plus peut le moins", mais ce proverbe est-il vrai dans tous les cas ?Je dirais, étant anti-conformiste de nature, qu'un proverbe aussi simpliste a forcément ses limites.

L'augmentation du courant de fuite d'un condensateur électrolytique non utilisé pendant une période longue est indéniable. Qu'en est-il s'il a été longtemps sous-volté ? Un sous-voltage important peut-il être assimilé plus ou moins à une période de non-utilisation ? Rien n'interdit de le penser.

Il semblerait que la légende ne soit pas aussi infondée que cela. Un condensateur électrolytique n'est pas un condensateur comme les autres, il n'est pas simplement constitué de deux armatures et d'un diélectrique. La présence d'électrolyte change beaucoup de choses, et la chimie intervient pour beaucoup.

Je pencherais donc pour une tension de service supérieure à la tension d'utilisation, mais sans exagération.

Ma plus ancienne réalisation audio - un préamplificateur - tourne depuis 30 ans avec une alimentation à transformateur de 2x12V, redressement, filtrage par des condensateurs 4700µF 25V + régulateur shunt.
La tension sur les condensateurs est de 18V. La marge est donc de 35%, pas plus.

1.2.4. La règle des 20% ou des 80%
Quoiqu'il en soit, on choisira une tension de service au minimum supérieure de 20% aux besoins réels, sans excéder 50%, sans quoi la taille deviendra vite un handicap.

D'autres appliquent la règle suivante : la tension d'utilisation devra être au maximum égale à 80% de la tension de service.

Selon la règle des 80% un condensateur ayant de 6.3V de tension de service pourra être utilisé jusqu'à 5.04V.
Selon la règle des 20% un condensateur devant supporter 5V devra avoir une tension de service de minimum 6V.

Il est bien évident que cette règle s'applique uniquement lorsque l'on a affaire à une tension régulée. Lorsque la tension est susceptible de varier, il faut tenir compte de la tension maximale pouvant être présente aux bornes du condensateur.

Ensuite chacun fait comme il le sent. Libre à chacun de doubler la valeur de tension de service pour avoir l'impression d'obtenir plus de sécurité.

Il n'en reste pas moins que sur une carte mère de PC, qui constitue tout de même un des standards de l'industrie, les condensateurs 6.3V sont réservés aux lignes d'alimentation 5V tandis que les condensateurs 16V sont situés sur les lignes 12V.

Dans ce cas la règle des 20% et la règle des 80% fonctionnent, donc je me dis que cela doit correspondre à une preuve tangible que cette règle est un standard reconnu.

1.3. La température

Les problèmes liés aux variations de température sont les mêmes que pour d'autres composants :
  • variation des caractéristiques
  • diminution de la durée de vie
Ici je vais surtout parler de la durée de vie des condensateurs électrolytiques.
Les fabricants précisent souvent une durée de vie et une température : 105° et 5000H par exemple.
Cela ne veut pas dire que le condensateur décédera systématiquement au bout de 5000H (6 mois) de fonctionnement, mais qu'il conservera ses caractéristiques pendant 5000H s'il est soumis en permanence à une température de 105°.
Le condensateur tiendra probablement plusieurs dizaines d'années à 25° et probablement 10 ans à 40° ou 50°.

En général un condensateur électrolytiques décédé pour cause de température excessive présente une surface supérieure bombée :


Les condensateurs que j'ai changé récemment sur ma tireuse à bière étaient des modèles 16V pour une tension d'utilisation effective de 10.5V et ils sont morts au bout de dix ans, car il fait chaud dans cette machine (ils ont gonflé, et la panne est connue).
Comme par hasard, ces condensateurs sont situés près d'un dissipateur !

Si vous rencontrez ce genre de cas, n'hésitez pas, remplacez-le par un condensateur supportant une température supérieure, et augmentez la ventilation si vous le pouvez.

Vous rencontrerez souvent ce type de panne sur une carte mère de PC. C'est une bonne raison pour installer un ventilateur de boîtier ! Le ventirad du processeur et le ventilateur de l'alimentation ne suffisent pas toujours.

Mais vous aurez beaucoup de mal à remplacer les condensateurs gonflés d'une carte mère. Il vous faudra un fer à souder très puissant pour faire fondre les soudures sur un PCB 8 couches ou plus.
L'extraction du condensateur défectueux reste possible (je vous conseille d'ajouter un peu de soudure), mais le remplacement l'est moins, car pour cela il vous faudra aspirer la soudure des perçages du PCB. Certains y parviennent !


Une carte mère Asus P5S800-VM. Les condensateurs verts sont tous de la marque LTEC. En tout 25 exemplaires avec le même défaut (bombés).
Une marque à éviter ? non, à fuir !

1.4. Durée de vie et ondulation

Pour un condensateur, surtout électrolytique, il existe également un problème de  durée de vie lié à l'ondulation de la tension à ses bornes :
https://www.astuces-pratiques.fr/electronique/duree-de-vie-des-condensateurs-chimiques

1.5. Fiabilité

Les condensateurs sont responsables de 30% des défaillances des circuits électroniques.
Je vous recommande de ne pas utiliser de condensateurs sans marque achetés chez des revendeurs chinois, en particulier des électrolytiques.
Une marque réputée vous offrira des composants durables dans le temps, et de plus vous n'aurez aucun mal à trouver les datasheets pour connaître leurs vraies caractéristiques (durée de vie, température maximale, etc.) :
  • Nichicon
  • Panasonic
  • Samwha
  • Vishay
  • etc.

2. Les principaux cas d'utilisation

Commençons par les cas les plus courants.

2.1. Filtrage d'alimentation

Dans ce montage d'alimentation à transformateur, redressée et filtrée, on voit un condensateur électrolytique (polarisé) doublé par un condensateur non polarisé.

2.1.1. Attention à la tension réelle
Il faut choisir une marge de manœuvre plus importante pour un condensateur de filtrage d'alimentation à transformateur, qui lui est soumis à une tension dépendante de la tension secteur, qui peut varier dans des proportions non négligeables.

Il ne faut pas oublier non plus que la tension à vide d'un transformateur est supérieure à sa tension en charge, et plus sa puissance est faible, pire c'est.
Un transformateur 12V 5VA délivre souvent 17V à vide. Donc on doit tenir compte de la tension à vide pour les calculs.

Si l'on calcule la tension filtrée à partir de 12V en charge, on obtient 17V.
Si l'on calcule la tension filtrée à partir de 17V à vide, on obtient 24V, ce qui n'est pas tout à fait la même chose.

Dans le premier cas, le choix théorique serait un condensateur de 25V.
Alors que dans le deuxième cas, on choisira plutôt 35V, en tenant compte d'une éventuelle variation du secteur de 10%.

2.1.2. Augmenter la tension de service
Choisir un condensateur de tension supérieure en filtrage d'alimentation permet d'allonger sa durée de vie, car le courant ondulé admissible est plus important. La résistance série sera également plus faible, ce qui ne peut qu'améliorer la réponse transitoire.
Attention toutefois : l'augmentation de la tension se service s'accompagne d'une augmentation de l'encombrement et aussi du prix. 

Augmenter la tension de service dans de larges proportions (50V ou 100V pour une tension de 5V par exemple) peut à la longue avoir un effet de dégradation du diélectrique. Il conviendra de tenir compte de ce paragraphe :
1.2.3. Sous-voltage des condensateurs électrolytiques

2.1.3. Cas général
Étant donné les capacités importantes nécessaires pour lisser une tension alternative redressée, le choix qui s'impose est le condensateur électrolytique.

On ajoute souvent en parallèle un petit condensateur film polyester afin d'éliminer les petites ondulations haute fréquence.
On peut aussi combiner plusieurs technologies pour filtrer sur une bande de fréquence plus large :
Exemple : électrolytique + 100nF polyester + 100pF céramique.

Donc le choix se résume à ceci :
  • électrolytique
  • électrolytique + film polyester (MKT)
Je vous renvoie à cet article si vous voulez en savoir plus sur le calcul d'une capacité de filtrage :
https://riton-duino.blogspot.com/2019/01/alimentation-transformateur.html

2.1.4. En audio
En audio haut de gamme on peut aussi ajouter en parallèle un électrolytique faible ESR (résistance série) afin d'améliorer la réponse de l'alimentation aux variations brusques de consommation (réponse transitoire).
On peut aussi ajouter en parallèle un condensateur à film polypropylène (MKP).
On peut aussi n'utiliser que des condensateurs électrolytique faible ESR, mais le prix sera élevé.

Donc le choix se résume à ceci :
  • électrolytique + électrolytique faible ESR
  • électrolytique + film polyester (MKT) ou polypropylène (MKP)
  • électrolytique faible ESR seul
2.1.5. Mise en parallèle
Un condensateur de forte capacité présente une faible impédance aux fréquences basses. Une capacité de faible valeur présente une impédance plus faible aux haute fréquence.
Il est intéressant de placer plusieurs condensateurs en parallèle afin d'améliorer le comportement en régime impulsionnel. C'est une technique qui donne de bons résultats car chaque condensateur travaille dans sa plage de fréquence.

Par exemple :
  • électrolytique + céramique 100nF
  • électrolytique + polyester 100nF + céramique 100pF 
Remarque : un condensateur tantale est un condensateur basse fréquence, tout comme un électrolytique.

2.2. Stabilité d'un régulateur

On voit très souvent un condensateur à l'entrée et un autre à la sortie d'un régulateur :


Le condensateur en entrée permet d'éliminer les éventuelles petites ondulations résiduelles de l'alimentation. Il est facultatif si la distance qui sépare le régulateur de l'alimentation est faible (< 10cm).

Le condensateur de sortie est absolument nécessaire à la stabilité du régulateur.
La valeur minimale de ce condensateur est précisée dans la datasheet du régulateur. Il est indispensable de la lire. Certains fabricants vont jusqu'à préciser le type de condensateur à utiliser (souvent tantale ou MLCC).

Certains régulateurs se contentent de 0.1µF (LM7805), d'autre ont besoin de 100µF (LM1117).

2.2.1. Augmenter la tension de service
Contrairement aux alimentation à transformateur, augmenter la tension de service d'un condensateur de sortie de régulateur n'apporte rien. L'échauffement par ondulation est nul. La diminution de la résistance série pourra s'obtenir de manière plus efficace en choisissant un condensateur au tantale.

2.2.2. Cas général
Ici, en fonction de la valeur on pourra adopter :
  • < 1µF : céramique MLCC, film polyester (MKT)
  • > 1µF : tantale, céramique MLCC, électrolytique
A la sortie d'une alimentation stabilisée de laboratoire, on pourra appliquer la même règle.

On peut éventuellement combiner plusieurs technologies pour filtrer sur une bande de fréquence plus large :
10µF électrolytique ou tantale + 100nF polyester + 100pF céramique.

2.2.3. En audio
Pour des applications audio exigeantes, on préférera le condensateur film polypropylène (MKP), ou tantale pour les capacités trop importantes.

2.2.4. Mise en parallèle
Ici aussi il est intéressant de placer plusieurs condensateurs en parallèle afin d'améliorer le comportement en régime impulsionnel.

Par exemple :
  • électrolytique 10µF + céramique 100nF
  • électrolytique 10µF + polyester 100nF + céramique 100pF
  • polyester 100nF + céramique 100pF
2.2.5. Condensateurs électrolytiques audio
Il existe des condensateurs électrolytiques haut de gamme :

2.3. Découplage d'alimentation

Il est recommandé lorsque l'on implante un microcontrôleur, un circuit logique ou analogique de placer un condensateur en parallèle au plus près de ses broches d'alimentation.

Ces condensateurs empêchent les fortes variations de courant de remonter les lignes d'alimentation et d'aller perturber d'autres circuits. Ils agissent comme un petit réservoir d'énergie.

2.3.1. Cas général
Pour des circuits numériques ou analogiques, en général on utilisera ici un petit condensateur de 4.7nF à 100nF à film polyester :
  • micro-contrôleur
  • circuits logiques
  • amplificateurs opérationnels
  • modules radio à faible consommation (NRF24L01 par exemple)
  • etc.
On pourra découpler l'alimentation d'un ESP8266 ou d'un ESP32 à l'aide d'un condensateur électrolytique de plus forte valeur (10µF minimum), car s'il consomme peu quand il est connecté, pendant la phase de connexion WIFI il peut consommer plus de 400mA.
La capacité pourra même être largement supérieure si le régulateur qui l'alimente est un peu juste en courant (500mA par exemple).
On peut ajouter également un 100nF à film polyester.

Pour des appels de courants plus importants, la bobine d'un relais par exemple, on pourra utiliser un condensateur électrolytique de grosse capacité (100µF ou plus, en fonction du courant demandé) :
Ce condensateur évitera que les appels de courant de la bobine ne perturbe l'alimentation du microcontrôleur par exemple.

En résumé :
  • < 1µF : céramique MLCC, film polyester (MKT)
  • > 1µF : tantale, céramique MLCC, électrolytique
2.3.2. En audio
Pour des applications audio exigeantes, on préférera le condensateur film polypropylène (MKP).

2.4. Condensateur de liaison

Entre deux circuits analogiques, si l'on veut éviter qu'une tension continue ne soit transmise d'un étage à un autre, on utilise un condensateur de liaison.

On peut également éliminer la tension continue aux bornes d'un potentiomètre de réglage de volume à l'aide de ce moyen (ce qui permettra d'éviter les bruits de crachements dus à cette tension continue) :
Sur ce schéma la base du transistor est polarisée à l'aide de 2 résistances R1 et R2. La tension sur la base sera probablement de 12V / 2 donc 6V.
Cette tension ne doit en aucun cas être envoyée sur l'entrée, d'où la présence de C1, qui protège aussi le circuit d'une éventuelle tension continue en provenance de l'entrée.
Cette tension ne doit en aucun cas être appliquée sur le potentiomètre, d'où la présence de C3.
Le condensateur C2 empêche d'envoyer une tension continue sur la sortie.
Il en découle que seule une tension alternative peut traverser ce circuit.

2.4.1. Les circuits analogiques modernes
Dans les circuits analogiques modernes, on utilise une alimentation symétrique, avec la masse comme point milieu, ce qui fait que ces composantes continues sont inexistantes ou presque.
Cela explique la quasi absence de condensateurs de liaison dans les amplificateurs modernes, ce qui va dans le bon sens : moins il y a de composants sur le trajet du signal, plus celui-ci est fidèlement restitué.

2.4.2. Liaison analogique / numérique
Vous pouvez être amené à utiliser un condensateur de liaison entre un montage analogique à alimentation symétrique et une entrée analogique de microcontrôleur, à des fins de mesure et de traitement :
Sur ce schéma, le signal alternatif en sortie de l'amplificateur opérationnel est centré de part et d'autre du zéro (GND).
Les résistances R1 et R2 permettent de polariser l'entrée du convertisseur analogique / numérique autour de 2.5V, ce qui permettra à celui-ci de travailler sur une tension d'entrée compatible avec sa tension d'alimentation (0V à 5V).
Le condensateur permet d'éviter que cette tension continue ne se retrouve sur la sortie de l'amplificateur opérationnel.

2.4.3. Calculer la valeur
Les condensateurs de liaison agissent comme des filtres passe-haut.
Le calcul de la valeur d'un condensateur de liaison fait intervenir l'impédance d'entrée du circuit en aval (celle du circuit en amont étant en général beaucoup plus faible) et la fréquence de coupure désirée.
Des valeurs de 1µF ou plus sont courantes en application audio.
La fréquence de coupure sera calculée comme suit :
Fc = 1 / (2 * 3.14 * RC)
En retournant la formule :
C = 1 / (Fc * 2 * 3.14 * R)

Plus la fréquence de coupure Fc sera basse, plus la capacité C du condensateur sera importante.
Plus l'impédance R sera basse, plus la capacité C du condensateur sera importante également.

2.4.4. Augmenter la tension de service
En audio très haut de gamme il n'est pas rare de rencontrer des condensateurs de liaison polypropylène ou papier huilé largement surdimensionnés en tension de service (400V ou même 1200V) sur le trajet du signal :
Pourquoi une telle débauche de moyens alors qu'un condensateur de 30V suffirait amplement pour assurer le passage d'un signal de 100mV ?

Les audiophiles considèrent que les armatures d'un condensateur vibrent lors du passage du signal, introduisant une certaine distorsion. Ce n'est pas faux, mais dans quelle mesure serez-vous capable d'entendre une différence ?

Je vous laisse seul juge.

A partir du moment où certains illuminés pensent qu'un cordon secteur FURUTECH à 400€ peut apporter plus de dynamique à leur système audio, tous les délires sont permis.

Les amateurs d'audio haut de gamme actuels sont particuliers. Il écoutent des CD échantillonnés en 16 bits et 44KHZ, et pour eux cela a été une révolution dans les années 1980, mais à mon sens le CD est un standard misérable.

Personnellement, pour avoir numérisé de galettes 33T vinyle en 24bits et 96KHz ou 192Khz, je pense que les audiophiles actuels ont raté quelque chose ... mais ils ne le savent pas, c'est rassurant pour leur ego.

Écouter des CD dont le spectre de fréquence est hyper-limité dans les aigus et penser qu'un cordon secteur à 400€ va améliorer les choses ne relève pas du bon sens.

Personnellement, étant exigeant, j'utilise des condensateurs polypropylène WIMA série MKP 250V ou 400V dans mes circuits audio.
Leur prix (0.70€ pour un condensateur de 1µF 250V) est certes supérieur à celui d'un polyester courant (0.10€) mais reste sans commune mesure avec le prix d'un Jantzen Alumen Z-CAP (25€).

Mais rien ne dit que je n'essaierai pas le Jantzen un jour ...

Pour votre curiosité visitez ce site, où un testeur éclairé écoute le son des condensateurs :
http://www.humblehomemadehifi.com/Cap.html

2.4.5. Cas général
Le choix va dépendre surtout de la valeur de la capacité :

Nous allons commencer par les condensateurs à proscrire, car non linéaires. Ces condensateurs produiraient une distorsion importante :
  • tantale
  • céramique
Si les impédances en jeu sont basses, ce qui est plutôt rare, la valeur de capacité sera élevée, nous n'aurons guère de choix :
  • électrolytique
  • électrolytique non polarisé
Afin d'augmenter l'impédance d'entrée d'un circuit audio, il est souvent préférable d'ajouter un étage amplificateur suiveur, plutôt que d'utiliser un condensateur électrolytique de forte valeur.

Sinon, dans un ordre de qualité décroissante on pourra choisir :
  • polystyrène (MKS)
  • polypropylène (MKP)
  • papier huilé
  • mylar ou polyester
  • polycarbonate (MKC)
Pour ceux qui ont envie d'approfondir :
https://www.sonelec-musique.com/electronique_theorie_condensateur_liaison.html
http://optimisetonampli.chez-alice.fr/passif.htm

Les types de condensateurs utilisés en tant que condensateurs de liaison conviennent également pour la réalisation de filtres audio.

2.4.6. Mise en parallèle
Lorsque l'on est obligé d'utiliser un électrolytique, ici aussi il est intéressant de placer plusieurs condensateurs en parallèle afin d'améliorer le comportement aux haute fréquence.

Par exemple :
  • électrolytique 10µF + polyester 100nF
  • électrolytique 10µF + polystyrène 10nF
  • électrolytique 10µF + polypropylène 100nF
Vous aurez du mal à trouver des condensateurs polystyrène dépassant 33nF.

Rappel : en audio le tantale et la céramique sont à éviter.

2.4.7. Condensateurs électrolytiques audio
Lorsque l'on est obligé d'utiliser un électrolytique, il existe des modèles haut de gamme :

2.5. Condensateur de filtrage et anti-parasitage secteur

Nous abordons ici un domaine où intervient un critère important : la sécurité des personnes et des biens.

Prenons un exemple pour illustrer :

Ce filtre secteur possède deux types de condensateurs :
Le condensateur C1 est obligatoirement du type polypropylène ou papier X2 400V. Les condensateurs de classe X2 sont souvent connectés entre phase et neutre et ne doivent pas dans leur mode de défaillance provoquer de court-circuit, il sont "auto-cicatrisants" :
La classa X1 supporte des "pointes" de 4kV, la class X2 2,5kV.

Les condensateurs C2 et C3 sont obligatoirement du type polypropylène ou papier Y2 400V. Les condensateurs de classe Y2 sont connectés à la terre, et sont garantis sans fuite, ceci afin de garantir la sécurité des personnes, et d'éviter aussi bien sûr qu'une fuite importante à la terre ne fasse sauter votre disjoncteur différentiel :
Le condensateurs Y1 et Y2 sont testés à l'aide de pointes de 8kV pour la class Y1 et 5kV pour la classe Y2.

Les condensateurs X2 et Y2 sont utilisée notamment dans toute alimentation à découpage, dans celle de votre PC par exemple.

Il est formellement interdit d'utiliser des condensateurs classiques du type film polyester ou autre sur le secteur.

Autre cas : un condensateur anti-parasites.

Le condensateur C1 doit être de préférence du type X2 pour des raisons de sécurité, et doit pouvoir supporter bien entendu 250V alternatifs ou 400V continus.
Un condensateur à film polyester qui se mettrait partiellement en court-circuit pourrait entraîner un échauffement important de la résistance de 100Ω et déclencher un incendie.

En résumé :
  • entre phase et neutre : polypropylène X2
  • entre phase et terre ou neutre et terre : polypropylène Y2

2.6. Les super-condensateurs

Ces condensateurs de très forte capacité (jusqu'à plusieurs milliers de Farads) permettent de stocker une quantité énorme d'énergie.

Il sont utilisés comme réservoir d'énergie en cas de coupure secteur, et sont capables de maintenir un microcontrôleur alimenté pendant plusieurs secondes,  minutes, ou même heures, le temps de faire une sauvegarde de données par exemple.
Leur tension de service peut varier entre 2.5V et 16V.

J'en parle ici : https://riton-duino.blogspot.com/2019/03/arduino-sauvegarde-de-donnees-en-eeprom.html

3. Les principaux types de condensateurs

Un petit tour d'horizon en images :
Condensateur électrolytique polarisé
Condensateur électrolytique bipolaire (non polarisé)
Condensateur électrolytique snap-in
Condensateur électrolytique à visser
Les condensateur électrolytique snap-in et à visser sont en général des modèles de grande capacité.
Condensateur tantale goutte (polarisé)
Condensateur tantale solide (polarisé)
Un condensateur tantale peut remplacer avantageusement un électrolytique lorsque l'on ne trouve pas de modèle de petite capacité et faible tension, par exemple un 10µF / 6.3V.
Les condensateurs au tantale présentent de meilleures caractéristiques de stabilité que les électrochimiques, aussi bien en températures qu'en fréquence. Leur résistance série est plus faible.
Par contre ils ne sont pas recommandés sur le trajet de signaux audio.

Condensateur céramique
Ces condensateurs sont utilisés dans les applications haute fréquence ou dans les applications haute tension (circuits à tubes par exemple).
Ils ne sont pas recommandés sur le trajet de signaux audio.


Condensateur céramique multicouche MLCC
Il existe différentes classes de condensateur MLCC. La capacité d'un MLCC Y5V, très répandu, varie énormément avec la température, ce qui sera moins le cas avec un X7R.
Si vous voulez en savoir plus, visitez ces sites :

Condensateur polyester KEMET
Condensateur polyester SR Passives
Condensateur polyester WIMA
Les condensateurs polyester sont parmi les plus courants dans les montages électroniques. Ils sont peu coûteux.
Condensateur polypropylène KEMET

Condensateur polypropylène SR Passives

Condensateur polypropylène WIMA
Comme vous le voyez il est impossible de discerner un condensateur film polyester ou polypropylène de par l'aspect.
Condensateur polystyrène Styroflex
Condensateur polystyrène Styroflex
Les condensateurs polystyrène se trouvent facilement chez les revendeurs de composants audio.
Condensateur papier huilé
Les condensateurs au papier huilé également. Il sont très souvent utilisés dans le matériel de sonorisation (amplificateurs de guitare).
Condensateur polypropylène X2
Condensateur papier X2 WIMA
Condensateur polypropylène Y2
Condensateur papier Y2 WIMA
Super-condensateur 100000µF 5.5V

Super-condensateur 3000 Farads 2.7V

4. Approvisionnement et stockage

Je vous déconseille d'acheter des lots de condensateurs de toutes valeurs. Ceux-ci sont en général de piètre qualité et comportent souvent un bon nombre de valeurs de capacité et de tension que vous n'utiliserez jamais.
Il est largement préférable de stocker uniquement quelques valeurs courantes pour des tensions qui vous sont habituelles :
  • 10µF / 10V électrochimique et 1µF / 40V MLCC pour vos sorties de régulateurs
  • 100nF film polyester pour vos découplages
Les autres besoins pourront être couverts au fur et à mesure en fonction des applications à développer.

5. Bibliographie

https://fr.wikipedia.org/wiki/Condensateur
Condensateurs Utilisés En électronique De Puissance.pdf
http://www.dreamm.net/pub/ARCHI/LesCondensateurs/condensateur.pdf
https://www.sonelec-musique.com/electronique_theorie_condensateur.html
https://www.sonelec-musique.com/electronique_theorie_condensateur_liaison.html
http://optimisetonampli.chez-alice.fr/passif.htm

6. Conclusion

J'espère que ce petit tour d'horizon des condensateurs vous aura permis de mieux cerner leurs applications respectives et éclairer vos futurs choix.


Cordialement
Henri

7. Mises à jour

13/07/2019 : 1.2.4. La règle des 20% ou des 80%
14/07/2019 : 1.5. Fiabilité
                     2.1.1. Attention à la tension réelle
                     2.1.2. Augmenter la tension de service
                     2.2.1. Augmenter la tension de service
                     4. Approvisionnement et stockage
                     2.4.1. Les circuits analogiques modernes
                     2.4.2. Liaison analogique / numérique
                     2.4.4. Augmenter la tension de service
                     1.2.2. Sous-voltage des condensateurs plastique
                     1.2.3. Sous-voltage des condensateurs électrolytiques
16/07/2019 : 2.1.5. Mise en parallèle
                     2.2.4. Mise en parallèle
                     2.2.5. Condensateurs électrolytiques audio
                     2.4.6. Mise en parallèle
                     2.4.7. Condensateurs électrolytiques audio