Logiciels d'aide à la conception de circuits sur perfboard

Aujourd'hui, nous jetons un oeil sur deux logiciels qui aident à planifier la disposition de vos composants électroniques sur un perfboard avant de commencer la soudure.  Car comme vous l'avez peut-être déjà vous-même constaté, c'est toujours un peu frustrant, après avoir soudé une dizaine de composants sans plan précis, de se rendre compte qu'on aurait mieux fait de tout décaler de deux trous vers la gauche...

Comprenons-nous bien:  aucun de ces deux logiciels n'est doté d'une quelconque forme d'intelligence artificielle permettant d'optimiser automatiquement, à votre place, le design de votre circuit.  Ils remplacent simplement l'utilisation d'une feuille de papier quadrillé, d'un crayon et d'une gomme à effacer:  vous disposez des composants sur un perfboard virtuel, et vous les déplacez à votre guise jusqu'à ce que le résultat vous convienne.

J'ai donc exploré DIY Layout Creator 3.28 et Blackboard Circuit Designer 1.1 sous Linux Mint 17, mais ces deux logiciels gratuits peuvent également être utilisés sous Windows ou MacOS.

Dans les deux cas, je vais créer une perfboard de 24 trous X 18 trous et disposer sur celle-ci un échantillonnage de composants fréquemment utilisés (circuit intégré, résistances, condensateurs, LEDs, diodes, transistors, etc.).  Il s'agit d'un circuit bidon dont le seul but est de voir de quoi a l'air le résultat dans chacun des deux logiciels.


DIY Layout Creator

Commençons donc par le plus ancien des deux logiciels:  DIY Layout Creator.  À l'ouverture du logiciel, nous sommes accueillis par  un espace quadrillé et des onglets qui correspondent aux différentes catégories de composants.   Le logiciel a été créé par des passionnés de guitare électrique, ce qui explique la présence d'un onglet "Guitar".  Pour créer ma perfboard, je clique sur l'icône "Perf Board w/ Pads" sous l'onglet "Board" (d'autres options sont possibles, comme une VeroBoard, par exemple).

Une perfboard de 14 trous X 11 trous apparaît dans la zone quadrillée.  Pour la redimensionner, il s'agit de manipuler un des petits cercles verts au moyen de la souris.

Plaçons un circuit intégré sur notre perfboard:  nous cliquons sur le bouton qui représente un circuit intégré, sous l'onglet "Semiconductors".  Ensuite, nous déplaçons la souris sur la perfboard et cliquons là où nous désirons placer le circuit intégré.

Produire 35 volts avec 3 piles AA

J'ai fait quelques tests sur un convertisseur de tension continue DC-DC basé sur le circuit intégré XL6009 (DC-DC Adjustable Step-up Power Converter Module XL6009).  Comme toujours, les commerçants asiatiques nous proposent ces dispositifs pour un prix comparable à celui d'une tasse de café (le miens m'a coûté 1,50 USD).

Ce petit circuit se propose de convertir n'importe quelle tension d'entrée continue située entre 3 V et 32 V en une tension continue comprise entre 5 V et 35 V.

Comme vous pouvez le constater sur la photographie ci-dessus, la tension fournie par 3 piles AA NiMH fraîchement rechargées (4,30 V) peut facilement être transformée en 35.0 V.  En circuit ouvert, j'ai même atteint une tension de sortie de 48 V (un petit potentiomètre permet de régler la tension de sortie au moyen d'un tournevis).

Mais comme l'affirmait ce bon vieux Lavoisier, rien ne se perd et rien ne se créé:  puisqu'il est impossible que la puissance de sortie soit plus grande que la puissance d'entrée, le courant sera plus intense à l'entrée qu'à la sortie.

Par exemple, j'ai réglé le dispositif pour qu'il alimente une résistance de 176 Ω avec une tension continue de 9 V.  Sans surprise, cette résistance était traversée par un courant de 51 mA, donc une puissance de sortie de 0,46 W.  Pendant ce temps, à l'entrée, mes 3 piles AA débitaient 173 mA sous une tension de 3,67 V (donc une puissance d'entrée de 0,63 W).  Rendement:  73%.

Il y a toutefois une limite à l'intensité du courant que peut débiter une simple pile AA.  Pour cette raison, toujours avec ma résistance de charge de 176 Ω, la tension de sortie maximale n'était plus que de 19 V (comparativement aux 48 V atteints en circuit ouvert); pendant ce temps, mes pauvres piles étaient traversées par un courant de 0,812 A.  On est encore loin des 4 A que le convertisseur peut supporter, mais à ce rythme la charge de 1350 mA.h des piles sera vite épuisée.

Yves Pelletier (Twitter:  @ElectroAmateur)

Amplificateurs opérationnels (7): source de courant

Nous sommes tous familiers avec les sources de tension.  Une pile AA, par exemple, fournira une tension de 1,5 V peu importe le circuit auquel elle sera branchée.  Si vous branchez à la pile une résistance de 100 Ω, cette dernière sera soumise à une différence de potentiel de 1,5 V, et traversée par un courant de 15 mA.  Si vous branchez plutôt une résistance de 1000 Ω, la tension demeure 1,5 V mais l'intensité de courant ne sera plus que de 1,5 mA.

Aujourd'hui, nous allons voir comment utiliser un amplificateur opérationnel pour produire une source de courant:  peu importe la valeur de la résistance qui sera branchée à cette source, cette résistance sera parcouru par la même intensité de courant.

Matériel

• Un amplificateur opérationnel (j'ai encore utilisé un UA741, mais comme je le répète depuis le début de cette série d'articles, un autre modèle fera très probablement l'affaire:  utilisez ce que vous avez).
• Une source de tension continue pouvant fournir +12 V, +5 V et -12 V.  Comme d'habitude, j'ai utilisé une  alimentation ATX récupérée d'un vieil ordinateur.
• Un multimètre qui nous servira à mesurer l'intensité de courant fournie par notre source de courant.
• Une résistance de 1kΩ et un potentiomètre de 1kΩ.

À vos breadboards!

Voici le circuit:  rien d'exagérément compliqué ici.

Si vous tournez le bouton du potentiomètre, vous devriez constater que l'intensité de courant qui traverse le potentiomètre est de 5 mA, peu importe la résistance de ce dernier.  Il s'agit bel et bien d'une source de courant constante.

Quelques explications

 1) La tension à l'entrée non-inverseuse est nulle, puisque cette entrée est directement reliée à la masse.

2)  La tension à l'entrée inverseuse est également nulle.  Ça découle de l'équation
V_sortie = A ( V⁺ - V ^- ) .  Avec un gain "A" considéré comme infini, on trouve V⁺= V ^-.

3)  La résistance R1 est donc soumise à une différence de potentiel de 5 V (le potentiel est de 5V à sa gauche, et nul à sa droite).  Si on applique la loi d'Ohm, on en déduit qu'elle sera traversée par un courant de 5 mA (dans mon cas, la valeur exacte de la résistance R1 était de 965 Ω, j'ai donc mesuré un courant de 5,20 mA).

4)  Puisque l'impédance d'entrée de l'entrée inverseuse est vraiment très grande (idéalement infinie), tout le courant qui traverse la résistance R1 devra également traverser la résistance R2.   Le courant qui traverse R2 sera donc de 5 mA, peu importe ce que vaut R2!


Il y a quand même des contraintes à considérer lors de la conception de notre source de courant:

1)  Il y a un courant maximal que la sortie de l'amplificateur opérationnel ne peut pas dépasser (c'est environ 20 mA pour l'UA741).  Je ne pourrais pas, par exemple, mettre une résistance R1 de 100 Ω, car ça nécessiterait un courant de 50 mA, supérieur à la valeur maximale admissible.

2)  Il y a une tension maximale que la sortie de l'amplificateur opérationnel ne peut pas dépasser (idéalement 12 V, puisque c'est ce qui alimente l'amplificateur, mais significativement moins en pratique, à cause des pertes internes).  Par exemple, vous ne pourrez pas faire circuler un courant de 5 mA à travers une résistance R2 de 10 kΩ, car ça nécessiterait une tension de sortie de 50 V...

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Yves Pelletier (Twitter:  @ElectroAmateur)