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Socle lumineux Varylight

fait par Mikael le 24 Octobre 2004


Varylight under PC case

Salut à tous!

Je vais vous expliquer dans ce guide comment fabriquer ce que j'ai appelé un "Varylight under PC case" autrement dit un socle lumineux muni d'effets lumineux à placer sous la tour de votre ordinateur.
Tout d'abord, je tiens à préciser que Jackypc.com et moi ne pouvons être responsables de vos actions et de vos erreurs de manipulation.

J'ai illustré le principe de ce socle lumineux à travers un schéma:

Un transformateur 220 Vac / 12 Vdc alimente une carte électronique (appelé circuit de gestion des Leds) qui alimente des Leds de différentes couleurs incorporées dans une plaque de plexiglas.
Le circuit de gestion des Leds permet d'allumer et d'éteindre alternativement d'un côté une série de Leds bleues et vertes et d'un autre côté une série de Leds rouges et roses. L'allumage et l'extinction se fera progressivement d'où le terme 'varylight'. Entre les deux séries de Leds des effets tels des "fondus enchaînés" sont créés. Le socle sera réalisé en plexiglas; cette matière étant transparente la diffusion de lumière venant des Leds sera du plus bel effet.

PARTIE THEORIQUE

Etape 1: schéma de montage

Voici le montage permettant d'obtenir la fonction désirée comme expliqué précédemment:


(ce montage sera appelé 'montage A')

 

Etape 2: explication du fonctionnement du montage

Le montage est constitué d'un régulateur sommaire (constitué de R0, D0, un transistor NPN et une diode zéner) fournissant une tension de 7.5 V au circuit intégré LM324. Celui-ci est composé de quatre amplificateurs opérationnels et seuls deux d'entres eux seront utilisés. Le câblage est réalisé de façcon à ce que les amplificateurs fonctionnent en régime linéaire et pour permettre ainsi une progressivité lors de l'allumage et de l'extinction des Leds.
Les sorties du LM324 ne fournissant pas assez de courant pour alimenter une Led, l'emploie de transistors est nécessaire.

Un premier montage appelé 'montage A' est utilisé pour la série de Leds vertes et bleues et un second montage appelé 'montage B' est utilisé pour la série de Leds rouges et roses. L'allumage et l'extinction des Leds ne se faisant pas sur la même base de temps entre les deux montages, c'est grâce à cette différence de timing que les effets de "fondus enchaînés" sont créés.
On aurait pu utiliser les deux autres amplificateurs opérationnels du LM324 mais la structure aurait été beaucoup plus lourde, j'ai donc préféré avoir deux montages bien distincts et plus simples à réaliser.
En définitive, on a deux montages identiques mis à part certaines valeurs de résistances (c'est-à-dire Rémetteur et Rv).

Remarque: un seul régulateur est nécessaire pour faire fonctionner les montages A et B.

Etape 3: calcul et dimensionnement des composants

Il est nécessaire de calculer uniquement les résistances connectées à l'émetteur des transistors PNP et NPN car celles-ci dépendent de la couleur et de l'intensité lumineuse des Leds qui y seront connectées.
Voici, d'après le schéma, l'équation nécessaire et suffisante pour déterminer ces résistances:
- Pour la maille avec le transistor PNP:
=> Tension d'alimentation du montage (en Volt) - Tension nominale de la Led (en Volt) - Rémetteur (en Ohm) * le courant nominal de la Led (en mA) - Vecsat (en Volt et indiqué dans la documentation du composant) = 0 (loi des mailles)
Toutes les tentions et courants étant connus, on peut en tirer la valeur de la résistance:
=> Rémetteur (en ohm) = ( Tension d'alimentation du montage - Tension nominale de la Led - Vcesat ) / courant nominal de la Led

Prenons un exemple avec une Led verte ( ayant une intensité lumineuse de 5600 MCd, une tension de passage de 4 Volt, un courant nominal de 25 mA ) avec un Vecsat de 0.2 Volt pour le transistor PNP d'après la documentation du composant et une tension d'alimentation de 5 Volt:
=> Rémetteur = ( 5 - 4 - 0.2 ) / (25*10^-3) = 32 Ohm
Cette valeur n'existant pas dans la série E12 des résistances, il faut prendre une valeur qui s'en rapproche le plus: 33 Ohm.
- Pour la maille avec le transistor NPN:
Même raisonnement mais le "Vecsat" est remplacé par "Vcesat".

Le condensateur C1 et la résistance Rv permettent de déterminer la durée du cycle de l'allumage de la Led jusqu'à son extinction. Cette durée peut être soit augmentée soit diminuée en modifiant la valeur de Rv. On définira sa valeur lors du test du montage sur plaque d'essai.

Etape 4: Liste des composants et du matériel nécessaire pour réaliser le montage

Voici la liste des composants et du matériel que j'ai utilisés :

- Une plaque d'essai en bakélite cuivrée au pas de 2,54 mm.
- 4 entretoises hexagonales qui feront office de pieds pour surélever la plaque.
- 4 écrous.

- 2 douilles bananes.
- 2 fiches bananes.
- 2 supports de circuits intégré 16 broches.
- 2 circuits intégrés de type LM324AN en boîtier DIP 14.
- 2 condensateurs de découplage de 10 nF (associés à C2 pour les montages A et B).


- 6 résistances de 47 KOhm 1/4 W (associées à R1, R2 et R3 pour les montages A et B).
- 2 résistances de 100 KOhm 1/4 W (associées à R4 pour les montages A et B).
- 3 résistances de 33 Ohm 1/4 W (associées à 'Rémetteur' connectées chacune à l'émetteur des transistors PNP du montage A).
- 3 résistances de 39 Ohm 1/4 W (associées à 'Rémetteur' connectées chacune à l'émetteur des transistors NPN du montage A).
- 3 résistances de 120 Ohm 1/4 W (associées aux Leds rouges connectées chacune à l'émetteur des transistors PNP du montage B).
- 3 résistances de 56 Ohm 1/4 W (associées aux Leds roses connectées chacune à l'émetteur des transistors NPN du montage B).
- 1 résistance de 220 KOhm 1/4 W (associée à Rv pour le montage A).
- 1 résistance de 180 KOhm 1/4 W (associée à Rv pour le montage B).
- 2 condensateurs de 30 uF électrolytique radial (associés à C1 pour les montages A et B)
- 3 Leds verte 5600 MCd, tension de passage 4 V (associées à 'Led' et misent en série avec les résistances de 33 Ohm).
- 3 Leds bleue 1800 MCd, tension de passage 4V (associées à 'Led' et misent en série avec les résistances de 39 Ohm).
- 3 Leds rouge 3000 MCd, tension de passage 2.2 V (associées à 'Led' et misent en série avec les résistances de 120 Ohm).
- 3 Leds rose 3000 MCd, tension de passage 3.6 V (associées à 'Led' et misent en série avec les résistances de 56 Ohm).
- 6 transistors NPN de type BC547 (dont 3 destinés au montage A et les 3 autres au montage B).
- 6 transistors PNP de type BC557 (dont 3 destinés au montage A et les 3 autres au montage B).


- Barrette tulipe sécable 2*12 contacts (pas 2,54 mm)
- De la gaine thermorétractable (diamètre intérieur: 2 mm)


 

PARTIE PRATIQUE

Etape 5: Test du montage sur plaque d'essai

Il est préférable de tester le montage avant de passer à la prochaine étape; ainsi il sera plus facile d'y faire les manipulations et pourquoi pas des modifications.

Une fois le montage alimenté, on constate que l'allumage et l'extinction progressive fonctionne correctement et on peut remarquer sur la photo que la Led bleue brille de plus en plus tandis que la verte est en train de s'éteindre. Par contre, une faible luminosité est émise par les Leds. Il suffit d'augmenter la tension d'alimentation et de la porter à 7.5 V(contre 5 Vauparavant) pour avoir une luminosité très vive sans dépasser la tension nominale de la Led ni son courant maximum.
N'ayant pas à ma disposition une alimentation me fournissant 7.5 V, j'ai opté pour une alimentation fournissant du 12 V associé d'un régulateur de 7.5 Vmonté sur la carte.

Le régulateur utilisé est de type 78S75CV en boîtier T0-220 (75CV correspondant à 7.5 V)

Remarque: On aurait pu utiliser le régulateur sommaire (constitué de R0, D0, un transistor NPN et une diode zéner) mais j'ai préféré utiliser un régulateur beaucoup plus simple à câbler: le 78S75CV.

Choix de la valeur de la résistance Rv :
La durée d'un cycle d'allumage d'une Led jusqu'à son extinction résulte du produit suivant: 2*C1*Rv.
La valeur de C1 étant déjà fixée (30uF), Rv reste donc à déterminer pour le montage A et B:
Deux valeurs de résistance sont choisies de manière à avoir des cycles différents et ainsi permettre à toutes les couleurs de se mélanger. Les valeurs sont également choisies sur un second critère: avoir des cycles de variation lumineux assez lents pour créer un effet de douceur. J'ai donc déterminé Rv pour obtenir environ 5 cycles par minute.
- Pour le montage A correspondant aux Leds vertes et bleues, Rv = 220KOhm.
- Pour le montage B correspondant aux Leds rouges et roses, Rv = 180KOhm.

Etape 6 : mise en place des composants sur la plaque

Une fois tous les composants réunis et les tests terminés, on peut s'intéresser à la mise en place des composants sur la plaque de bakélite.
J'ai essayé d'optimiser la longueur des connections en disposant les composants de manière stratégique: les composants entourant le LM324 sont regroupés et placés à proximité du LM324.
Il faut placer ces composants au plus près du circuit intégré pour éviter toute perte de signal utile. Les longueurs de câbles apportent des parasites, d’où l’intérêt d’avoir des connexions courtes. Il en est de même pour les condensateurs et les résistances qui sont reliés à la masse.
Les condensateurs de découplage C1 Et C2 sont placés au plus proche des circuits intégrés. La disposition est à l'image de notre schéma.
Remarque: il faut bien harmoniser le placement de tous les composants qui bordent le circuit intégré, de manière à avoir, encore une fois, des connexions courtes. Cela nécessite de passer du temps à bien optimiser le placement des composants.

Voici le schéma d'implantation des composants qui est choisie:

Etape 7 : soudure des composants sur la plaque

Les composants seront soudés à l'emplacement indiqué par le schéma d'implantation des composants. La seule modification effectuée concerne le radiateur du régulateur de tension: il sera muni d'un dissipateur et placé verticalement (et non horizontalement) pour gagner de la place sur la plaque et ainsi améliorer la surface à l'air de celui-ci pour assurer un meilleur refroidissement.
Remarques:
- Lors de la soudure, ne pas insérer les circuits intégrés dans leurs supports sous peine de les détériorer!
- Vous pouvez remarquer que les résistances R1, R2 et R3 sont chacune créées avec deux résistances en parallèles: ceci vient du fait que je n'avais pas les valeurs exactes. J'ai donc fait des associations de résistances pour avoir les bonnes valeurs.

Etape 8 : réalisation des connexions

Les connections entre les composants sont effectués à l'aide de fils souples de section 0.5 mm².
Remarques:
- Mis en place d'une épaisseur de colle pour rigidifier les fils aux endroits les plus vulnérables et fragiles.
- Rajout d'une diode de redressement (diode grise visible en haut à droite installée entre la douille banane et le fil d'alimentation du 12V) pour protéger le circuit contre les inversions de polarité.
- Lors de la soudure, ne pas insérer les circuits intégrés dans leurs supports sous peine de les détériorer!

Etape 9 : vérification des connexions et premiers tests

Une fois toutes les connections réalisées, il est obligatoire de les vérifier une par une. Ceci se fait à l'aide d'un multimètre en mode "sonnette".
Les Leds n'étant pas encore connectées, on peut malgré tout alimenter le montage et vérifier à l'aide encore une fois d'un multimètre qu'il y a bien présence d'un 7.5V au niveau de la broche 4 des circuits intégrés et qu'il n'y a pas un échauffement anormal des composants.

Etape 10 : réalisation des connexions inter-plaque

J'ai utilisé du fil rigide monobrin de section 0.5 mm² d'une longueur d'un mètre pour réaliser les liaisons entre les barrettes tulipe et les Leds.
Voici un conseil bien utile: Rajoutez un paquet de colle au niveau de la soudure des fils sur les barrettes tulipe de manière à rigidifier l'ensemble et pour éviter que les soudures ne cassent. Certes, pas très esthétique mais très efficace!

Les fils sont tressés dans un souci de présentation. De la gaine thermorétractable est utilisée pour prévenir tout risque de court-circuit.

Etape 11 : préparation de la plaque de plexiglas

Après avoir pris les dimensions de la base de ma tour, j'ai ajouté deux centimètres à la largeur ainsi qu'à la longueur pour que le plexiglas soit visible et que les effets de lumière se voient davantage.
L'épaisseur de la plaque est de 5 mm. La découpe est faite avec un outil de type dremel®.
Les quatre coins de la plaque ont été arrondis et des créneaux ont été réalisés pour y insérer les Leds.
Remarque: le film de protection du plexiglas n'a pas été retiré car la prochaine étape étant le collage des Leds, au cas ou il y aurait des débordements de colle, il vaut mieux prendre des précautions.

Etape 12 : mise en place des Leds

Les Leds sont placées alternativement par couleur: une verte, une bleue, une rouge, une rose et ainsi de suite...
De la colle est utilisée pour maintenir les Leds dans leurs logements.

Etape 13 : tests finaux et installation

Lors des tests finaux, je me suis dit qu'il serait préférable d'installer sur la plaque un témoin indiquant la présence de la tension d'alimentation (12V). A cet effet, j'ai installé une Led rouge à proximité des fiches bananes qui reçoivent l'alimentation. Pour une Led rouge standard ayant une tension de passage de 2V avec un courant nominal de 20 mA, il est nécessaire d'ajouter en série une résistance de 500 Ohm.

Vue d'ensemble sur le projet:

Une fois que les derniers tests sont terminés et que tout fonctionne correctement, il ne reste plus qu'à installer tout le matériel à sa place définitive:

Conclusion

Les effets de "fondus enchaînés" ainsi ceux de mélange des couleurs sont somptueux. Bref, cela ne passe pas inaperçu lorsque votre invité visite votre coin PC.
Pour ceux qui le souhaitent, je peut envoyer par mail une vidéo montrant les effets lumineux procurés par les Leds.
Compter environ 70€ (sans l'alimentation) pour réaliser ce montage et pas mal d'heures de travail.

Voilà, j'ai terminé la présentation de ce guide. J'espère qu'il vous à plut. Si vous voulez d’autres renseignements, voici mon email:

colleau.mikael@wanadoo.fr

Salut à tous et longue vie à Jackypc.




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