Créée le, 22/05/2012

 Mise à jour le, 20/03/2014

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NOTA :

Du plus grand ordinateur à la plus petite calculatrice de poche, la technique numérique est là. Elle se développe chaque jour davantage et intervient dans chacun des domaines de votre vie moderne dans lequel l'électronique est présente.

Le but des expériences pratiques de technique numérique et de vous permettre, au moyen de manipulations, d'étudier les principes fondamentaux de cette technique.

A travers une série d'exercices pratiques programmés de façon progressive, vous pourrez assimiler facilement les notions exposées dans la théorie ; vous apprendrez à connaître en même temps la fonction et l'emploi des différents composants électroniques couramment utilisés dans l'industrie, en effectuant les montages expérimentaux.

La connaissance que vous aurez acquise des circuits de base, pourra être étendue ultérieurement, vous offrant la possibilité de vous spécialiser dans cette technique ; dans le but de construire, réparer et contrôler tout appareil faisant appel à la technique numérique.

Vous trouverez tous les composants électroniques, résistances, condensateurs, circuits intégrés, transistors, etc... dans n'importe quel commerce électronique. Il suffira de bien choisir les composants mais nous vous donnerons toutes les caractéristiques à chaque pratique, c'est-à-dire les valeurs des résistances avec marquage ainsi que les condensateurs et bien d'autres encore afin de vous faciliter pour vos travaux pratiques.

Une partie seulement du matériel de cette première pratique sera utilisé immédiatement pour les exercices ; le reste sera employé par la suite, avec le matériel complémentaire de la série suivante c'est-à-dire la 2ème pratique, la 3ème, etc....   

Il est donc conseillé de séparer les composants dont l'utilisation n'est pas immédiate et de les placer en lieu sûr.

Pour l'exécution des montages, suivez scrupuleusement au fur et à mesure des indications fournies, même si parfois certaines peuvent vous sembler superflues ; dans ce domaine, les contrôles ne sont jamais trop nombreux et encore moins inutiles.

NOTE IMPORTANTE :

Ne pas enlever les circuits intégrés de la mousse antistatique (ou de l'étui antistatique) avant leur utilisation immédiate car ils pourraient s'endommager irrémédiablement.

Par commodité, nous tracerons les schémas électroniques partiellement à chaque pratique afin de mieux comprendre et nous vous expliquerons sur leur fonctionnement divers et enfin pour simplifier vos travaux ainsi que les montages expérimentaux.   

Toute similitude en rapport à notre projet, nous serions tenu irresponsable. En revanche, le simulateur logique ne doit pas être commercialisé sans notre accord sous peine de sanction car ce site est totalement gratuit.     


HAUT DE PAGE 1. - LE SIMULATEUR LOGIQUE

Dans cette pratique, vous commencerez le montage du pupitre du simulateur illustré dans la figure 1 intitulé "DIGILAB" qui permettra le déroulement du programme des expériences pratiques prévues dans notre projet.

Le_pupitre_de_simulation.jpg

Vous aurez l'occasion d'apprécier en fin de montage l'utilité et la commodité d'emploi du «Digilab» dans la vérification du fonctionnement de différents types de circuits intégrés ou dans l'expérimentation d'un circuit électronique. En effet, dans un but didactique ou simplement pour le plaisir, il permet d'effectuer rapidement des montages expérimentaux relativement compliqués, sans nécessiter l'emploi du fer à souder et en évitant les difficultés généralement rencontrées lorsque l'on ne dispose pas d'un support approprié pour le circuit que l'on désire réaliser.

Enfin, rendant possible la réalisation de circuits d'essais de toutes sortes, le simulateur logique peut se transformer en un appareil de contrôle et d'essai, utile pour la vérification individuelle des circuits intégrés dont sont constitués les appareils basés sur la technique numérique.

1.1. - CARACTÉRISTIQUES GÉNÉRALES DU SIMULATEUR

Il se présente sous la forme d'un coffret dont la face supérieure comprend 2 zones (figure 1).

Sur la zone de droite sont disposés les éléments suivants :

      Ensemble d'affichage hexadécimal

C'est ensemble est formé par deux afficheurs hexadécimaux à matrice 4 x 7 points avec circuit décodeur et mémoire incorporée permettant la visualisation de signaux numériques codés en hexadécimal dont nous parlerons ultérieurement.

      Ensemble indicateur à LED

Formé par 8 LED et leur circuit de commande, cet ensemble permet d'obtenir une indication visuelle des niveaux logiques présents en différents points des circuits étudiés.

      Groupe de connecteurs

Cet ensemble de connecteurs est constitué de 42 contacts permettant l'accès à toutes les fonctions du simulateur par simple insertion (sans soudure) des fils rigides constituant les liaisons.

      Double oscillateur d'horloge

Il s'agit de deux circuits oscillateurs à résistance et capacité (RC), indépendant l'un de l'autre, en mesure de fournir des signaux rectangulaires ayant les fréquences suivantes :

  • premier oscillateur : 1 Hz, 10 Hz, 100 Hz

  • second oscillateur : 1 kHz, 10 kHz, 100 kHz.

Comme les deux oscillateurs sont indépendants, deux signaux de fréquences différentes : l'un fourni par le premier oscillateur et l'autre par le second seront simultanément disponibles sur le groupe de connecteurs.

La commutation des fréquences de chaque oscillateur se fait par la sélection de résistances de valeurs appropriées.

      Détecteur de changement d'état

Ce circuit permet d'effectuer des contrôles sur les signaux numériques, il permet, plus précisément, de vérifier l'instant où un signal passe d'un état à l'autre.

      Ensemble d'inverseurs mécaniques

L'ensemble d'inverseurs est constitué de quatre interrupteurs à 2 positions permettant de disposer d'autant de variables de commande logique ; en les actionnant, on peut en effet faire changer l'état logique de chaque variable en commutant un état haut (1) ou un état bas (0).

      Ensemble de boutons-poussoirs

Cet ensemble est équipé d'un système anti-rebond, permettant de disposer sur le groupe de connecteurs, de fronts de montée ou de descente exempts du phénomène de rebondissement dû à l'élasticité mécanique des contacts dont nous parlerons ultérieurement.

      Support pour circuits intégrés

Ce support, à 14 broches pour circuit intégré, raccordé aux connecteurs, permettra de réaliser les premières expériences sur circuits logiques par lesquelles vous pourrez concrétiser les explications théoriques.

Sur la zone de gauche sont placées les commandes relatives au circuit d'alimentation dont le simulateur est muni, ainsi que la matrice à contacts pour montages expérimentaux.

      Matrice à contacts

Sur cette platine, on peut effectuer le montage et les essais de circuits électroniques sans avoir à effectuer de soudure. Il est ainsi possible de modifier le circuit ou de récupérer les composants après l'expérience. Si l'on avait employé un fer à souder, la fiabilité des composants aurait pu être compromise.

      Prise haut-parleur

Cette prise donne accès à un haut-parleur placé à l'intérieur du coffret.

      Interrupteur de marche / arrêt

Cet interrupteur permet d'appliquer la tension secteur sur le circuit d'alimentation du simulateur placé à l'intérieur du coffret.

Les caractéristiques électriques de l'alimentation sont les suivantes :

  • Tension d'entrée : 220 V

  • Tension de sortie : 5 V

  • Intensité du courant maximum de sortie : 1,5 A

  • Protection de la sortie contre les court-circuits

  • Protection interne contre les surcharges thermiques.

Nomenclature pour la construction du simulateur logique est la suivante :

  • 1 circuit imprimé 17 x 18 cm et bandes adhésives de 1,5 mm (environ)

  • 1 pile de 4,5 V

  • 10 résistances 220 W - 1 / 4 W  tolérance ± 5 % (rouge - rouge - marron - or)

  • 9 résistances 15 kW - 1 / 4 W  tolérance ± 5 % (Marron - vert - orange - or)

  • 6 résistances 4,7 kW - 1 / 4 W  tolérance ± 5 %  (jaune - violet - rouge - or)

  • 1 résistance 12 kW - 1 / 4 W  tolérance ± 5 %  (marron - rouge - orange - or)

  • 2 résistances 150 kW - 1 / 4 W  tolérance ± 5 % (marron - vert - jaune - or)

  • 2 résistances 1,5 MW - 1 / 4 W  tolérance ± 5 % (marron - vert - vert - or)

  • 1 condensateur électrolytique au tantale de 0,33 µF - 10 V

  • 1 condensateur céramique disque de 330 pF

  • 8 LED de 6 mm

  • 10 transistors BC 238B

  • 3 supports type standard pour circuits intégrés (14 broches)

  • 3 supports  type professionnel pour circuits intégrés (14 broches) 2 pour l'afficheurs + 1 pour ICX

  • 1 circuit intégré MM 74C74

  • 1 circuit intégré MM 74C14

  • 1 circuit intégré MM 74C00

  • 2 afficheurs hexadécimaux à matrice 4 x 7 points du type TIL 311 ou son équivalent

  • 2 connecteurs à 32 contacts en ligne

  • 2 pinces crocodiles avec capuchon (1 noir et 1 rouge)

  • 1 tresse de fils souples rouge - noir (environ 30 cm chacun)

  • 8 vis f 3 x 6 mm

  • 4 entretoises hexagonales filetées

  • 1 rouleau de soudure

  • 4 interrupteurs à deux positions (inverseurs)

  • 2 boutons-poussoirs (inverseurs)

Les composants sus-évoqué sont réservés uniquement pour le montage du circuit imprimé, en ce qui concerne pour l'alimentation, transformateur, fusible, régulateur, coffret, etc... vous seront donné dans les pratiques suivantes y compris certains circuits intégrés pour les expériences numériques.

2. - COMPOSANTS UTILISÉS DANS LA PRÉSENTE PRATIQUE

  • 1 circuit imprimé 17 x 18 cm et bandes adhésives de 1,5 mm de largeur (approximatif)

  • 1 pile de 4,5 V

  • 8 résistances 220 W - 1 / 4 W  tolérance ± 5 % (rouge - rouge - marron - or)

  • 6 supports pour circuits intégrés 14 broches  (3 standards + 3 du type professionnel)

  • 2 connecteurs à 32 contacts en ligne

  • 2 pinces crocodiles avec capuchons (1 noir et 1 rouge)

  • 8 LED (diodes électroluminescentes)

  • 1 tresse de fils souples rouge - noir (environ 30 cm)

  • 4 vis f 3 x 6 mm

  • 4 entretoises hexagonales filetées

  • 1 rouleau de soudure

Vous devez disposer d'un tournevis, pince brucelle, pince coupante, fer à souder et d'un contrôleur universel.

Nous avons mesuré le pour et le contre de concevoir le projet du simulateur logique sur plusieurs pratiques et les montages expérimentaux ; car nous sommes conscient que certaines personnes ne pourront pas ce permettre de tracer les pistes avec bandes adhésives sur le circuit imprimé ou d'acheter pratiquement tous les composants. Mais cependant, nous avons tout fait pour en faciliter les tâches. 

Vous pouvez également visiter les sites qui sont spécialisés dans le domaine de fabrication de circuits imprimés en simple ou en double face (pistes avec bandes adhésives) en leur demandant un devis par l'intermédiaire des moteurs de recherche en tapant dans la zone "Circuit imprimé".

En fait, ce circuit imprimé n'est pas bien compliqué car en regardant de plus près comme vous pouvez le voir dans les figures 2 et 3, ce même circuit porte sur la face supérieure (ou coté sérigraphie) des indications sur l'emplacement des composants (figure 2) tandis que la figure 3 représente les tracés des bandes adhésives ou cuivré à laquelle nous avons volontairement espacé les pastilles et bandes adhésives afin de mieux distinguer de façon à pouvoir les tracer correctement sur un circuit imprimé de dimension 17 x 18 cm. C'est bien évident, entre deux bandes adhésives a une séparation de 2 à 3 mm et ceci, pour éviter tout court-circuit.

Circuit_imprime_cote_serigraphie.gif

La figure 2 représente l'emplacement des composants et l'aspect dimensionnel.

Circuit_imprime_vu_cote_bande_adhesive.gif

La figure 3, quant à elle, illustre les tracées des bandes adhésives ou cuivrés sur un circuit imprimé, il suffit de retracer ces derniers pour usage à des fins personnels.

L'utilisation des supports pour les circuits intégrés offre l'avantage de pouvoir utiliser ces derniers sans avoir à les souder, ainsi, le cas échéant leur remplacement sera facile et rapide.

Il faut savoir qu'il existe deux types de supports. Ils diffèrent entre eux par la technique de réalisation des broches, représentée dans la figure 4.

Supports_pour_circuits_integres.jpg

Trois des supports que vous allez utiliser dans cette pratique sont de type professionnel (figure 4-a) à contacts tulipe obtenus par tournage. Ils sont particulièrement adaptés aux circuits intégrés ayant des broches assez fines et fragiles. Ce type de contact est en mesure d'assurer une meilleure liaison du point de vue électrique, même après de nombreuses insertions du composant.

Les trois autres supports sont de type standard (figure 4-b) adaptés à un usage courant.

Pour un montage correct de ces supports, consultez attentivement les remarques concernant leur orientation, car selon les constructeurs, le système de repère de la broche 1 diffère quelque peu (figure 4).

Les diodes LED sont pourvues de deux électrodes (anode et cathode) devant être correctement identifiées au moment des montages : dans le cas contraire, les LED peuvent être endommagées.

La figure 5 vous montre comment distinguer la cathode de l'anode d'une LED.

Diode_LED.jpg

HAUT DE PAGE 2.1. - COMMENT EFFECTUER UN BON CÂBLAGE

Avant de commencer le travail du montage, il est bon d'attirer votre attention sur quelques remarques qui vous permettront de réaliser de bonnes soudures.

Comme vous avez pu le noter en observant la face inférieure du circuit imprimé (côté piste de cuivre, figure 3), les pastilles sur lesquelles vous devez effectuer les soudures sont dans la plupart des cas très rapprochées. Il est donc nécessaire d'utiliser un fer à souder avec une panne très fine ; de plus, la puissance du fer à souder doit être comprise entre 15 et 25 Watts afin de ne pas endommager les pastilles ou les composants à souder. Le fer sera muni d'un transformateur d'isolement ou sera débranché pendant la soudure.

Il est également indispensable d'utiliser de la soudure à l'étain de bonne qualité et dont le diamètre ne dépasse pas 0,75 mm.

Le matériel que vous avez à votre disposition ou acheter récemment doit répondre parfaitement à ces exigences ; en aucun cas, vous ne devez utiliser de la soudure ou un fer à souder ne répondant pas aux exigences indiquées ci-dessus.

Après chaque point de soudure (figure 6), ayez soin de nettoyer la pointe de la panne du fer à souder avec une éponge (ou avec un chiffon de coton) maintenue constamment humide.

Technique_de_soudure.jpg

Pour effectuer une bonne soudure, pratiquez comme suit :

      appuyez la panne du fer à souder de manière à ce que la pointe touche simultanément la borne du composant et la pastille de cuivre à souder.

      mettez l'extrémité de l'étain au point précis où la borne à souder est en contact avec la pointe de la panne et maintenez-la dans cette position jusqu'à ce qu'une quantité suffisante d'étain ait fondu pour former une goutte de la dimension de la pastille.

      maintenez le fer à souder en contact avec la pastille et la borne le temps nécessaire pour que l'étain se répande bien sur la pastille et enrobe la borne à souder ; ce temps peut varier de 3 à 5 secondes.

Évitez de garder trop longtemps le fer à souder en contact avec le point de soudure car autrement vous risquez d'endommager la piste de cuivre ou le composant.

Pendant ces opérations, il est bon de déplacer légèrement la panne autour du point à souder pour favoriser le dépôt d'étain fondu et pour recouvrir la totalité de la pastille de cuivre de manière uniforme.

Dès que la soudure ne sera refroidie (ne soufflez jamais dessus pour la refroidir), vous pourrez couper, si nécessaire, la partie excédentaire de la borne soudée au moyen de la pince coupante.

Une bonne soudure doit paraître brillante, lisse et la couleur argentée. La pastille de cuivre du circuit imprimé et la borne du composant doivent former un seul bloc comme illustré dans la figure 7-a).

Exemples_de_soudures.jpg

Si par contre, la soudure a un aspect irrégulier et granuleux, ou se présente comme une boule de mercure (figure 7-b), il s'agit d'une soudure froide due à la fusion incomplète de l'étain sur les parties à assembler. Ceci est causé soit par une température trop faible de la panne du fer, soit par une mauvaise application de la panne sur les éléments à souder ne permettant pas la diffusion de la chaleur. Il est possible de remédier à une soudure froide, en chauffant de nouveau et en apportant, si besoin est, un peu de soudure et en s'assurant qu'elle diffuse bien.

Dans tous les cas, rappelez-vous que pour chaque soudure, il convient d'utiliser une quantité correcte d'étain en prenant le maximum de précautions pour qu'elle ne déborde pas sur une pastille ou une piste voisine non reliée créant ainsi un court-circuit comme illustré dans la figure 7-d.

Le vernis protecteur recouvrant les pistes de cuivre n'ayant pas à être soudées devrait empêcher cette éventualité qui n'est cependant pas exclue et peut se produire en raison des inévitables tolérances de fabrication.

Dans la figure 7-c, on peut voir comment se présente une bonne soudure dont l'exécution nécessite une attention particulière en raison de la présence de deux pistes de cuivre côtoyant le point à souder et qui doivent en rester isolées.

Si, par excès d'étain, vous vous trouviez dans l'un des cas représentés figure 7-d, il serait nécessaire d'éliminer cet excès de soudure qui déborde de la pastille en vous servant de la tresse à dessouder.

Dans la figure 8, on peut voir comment cette opération est effectuée : la tresse est posée sur l'étain à enlever, et en appuyant la pointe de la panne du fer à souder sur la tresse, celle-ci s'échauffe, fait fondre l'étain qu'elle absorbe. Il est souvent nécessaire de reprendre la soudure en question en évitant cette fois de déborder.

Technique_de_dessoudage.jpg

Avant de commencer les travaux, rappelez-vous de la nécessité de procéder avec le maximum de précautions et de soin au cours des phases de travaux prévus, en raison de la complexité (bien que progressive) des circuits à réaliser et de l'emploi de composants miniaturisés.

Il vous faudra donc, avant de commencer un montage, toujours lire avec attention toutes les phases du travail sans négliger aucune, vous pourrez ensuite passer à l'exécution de chacune des opérations indiquées en respectant scrupuleusement les instructions données.

Dans chaque cas, évitez de passer à l'expérience suivante avant d'avoir mené à bien la précédente jusqu'à son terme.

En suivant ces conseils, vous vous assurerez d'un maximum de succès dans la réalisation de vos travaux pratiques et vous tirerez le maximum de profit de ces expériences.   

 

 


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