Conrad 4019631150066 Operation Manual [fr]

Avant-propos

Beaucoup d’entre vous ont attendu le temps de l’Avent avec impatience, pour pouvoir découvrir à nouveau le calendrier électronique avec ses 24 expériences. Le
thème de cette année est « Amplificateurs opérationnels (AOP) et transducteurs acoustiques ». L’accent est mis sur le quadruple amplificateur opérationnel
OPV LM324, qui offre plusieurs expériences intéressantes, notamment avec le transducteur acoustique piézo-électrique. Il est possible de produire divers types de
bruit, et les plus habiles peuvent même construire un instrument de musique simple. Le transducteur piézo-électrique peut aussi être utilisé comme microphone
ou capteur de vibrations, lorsque ses faibles signaux sont amplifiés avec l’AOP.

Toutes les expériences peuvent être montées et testées avec succès, sans aucune connaissance préalable. Les images d’assemblage vous aideront dans ce sens. Si
vous observez cependant bien les schémas de câblage, vous pourrez construire les expériences un peu différemment et économiser un fil çà et là. Le texte décrit
toujours d'abord l’assemblage proprement dit et la fonction attendue. Une brève explication supplémentaire est ensuite généralement fournie. Toutes les notions
électroniques fondamentales ne peuvent bien sûr pas être transmises ici, mais ces informations pourront stimuler la curiosité des uns et des autres à pousser un
peu plus la recherche.

Certaines expériences sont associées à des exercices supplémentaires pour lesquelles des points de solution sont attribués. Vous êtes seul(e) à décider si un
exercice a correctement été résolu, ou alors vous pouvez faire appel à un arbitre, peut-être un membre de la famille ou un ami. Tous les points seront additionnés
à la fin et vous pourrez déterminer si vous êtes déjà un(e) expert(e) en électronique.

Nous vous souhaitons beaucoup de plaisir et de Bonnes Fêtes de Noël !

1 Bruits électriques

La première case renferme un composant central de ce calendrier électronique : un transducteur acoustique piézo-électrique avec fils de raccordement. La
première case comprend également quelques fils. Une batterie de 9V est également nécessaire. Si vous n’avez pas de batterie neuve à portée de main, vous pouvez
utiliser une batterie fortement usagée et devenue trop faible pour les autres appareils. Maintenez les deux câbles du transducteur acoustique piézo-électrique sur
la batterie. Un petit claquement se fait entendre lors de la première connexion. Plus aucun bruit ne se fait entendre lors de la deuxième connexion, puisque le
transducteur acoustique est déjà chargé. Vous pouvez cependant tenir ensemble les deux fils du disque piézo-électrique ou les relier avec un bout de fil pour les
décharger. Un bruit de claquement se fait entendre ici aussi, et un autre lors de la recharge, à condition cependant que les extrémités nues des câbles ne soient
pas en contact direct, car la résistance cutanée peut aussi entraîner une décharge.

Pour information : le disque céramique piézo-électrique est en même temps un petit condensateur avec deux
plaques métalliques et un isolateur au milieu. Les forces électriques entre les charges entraînent la déformation de
l’isolateur, ce qui produit donc un bruit. Lorsque le condensateur est déjà rechargé à 9 V (volts), une nouvelle
connexion avec la batterie ne fait plus aucune différence, on entend donc plus aucun bruit.

Exercice : Vous pouvez générer des craquements à plus fort volume par inversion répétée de la polarité de la
batterie. Si vous parvenez à le démontrer. 2 points.

2 Trouver le contact

La deuxième case renferme une platine enfichable et un clip batterie pour la batterie de 9 V. Les câbles souples du clip batterie sont dénudés et étamés aux
extrémités, ce qui permet de les enficher dans les trous de contact de la platine enfichable. Cependant, ces câbles doivent être enfichés une seule fois et être
maintenus dans la même position. Pour tout déconnecter, il est préférable de déconnecter la batterie du clip, tout en maintenant la connexion des fils de
raccordement. Un petit fil est intégré à la platine pour la décharge de traction, afin d’éviter tout mouvement important des câbles de la batterie.

De même, les câbles de raccordement du transducteur acoustique piézo-électrique doivent être enfichés une seule fois et maintenus dans leur position autant que
possible. La méthode qui consiste à percer des petits trous à travers le film placé à l’arrière de la platine enfichable s’est avérée efficace pour y faire passer les
câbles. Ainsi, les raccords du disque piézo-électrique peuvent toujours être maintenus dans leur position, même si le composant n’est pas utilisé pour certaines
expériences. À propos : peu importe lequel des fils du transducteur acoustique représente le contact supérieur ou inférieur, alors qu’il est indispensable pour la
batterie que le pôle positif (rouge) soit branché en haut.

Construire ce modèle avec un commutateur à fil dénudé. Le raccord supérieur du transducteur acoustique doit être relié en alternance au pôle positif et au pôle
négatif de la batterie. Retirer l’isolation du fil et découper des segments adaptés du fil restant à l’aide d’une pince coupante de côté, à partir desquels les contacts
de commutation seront réalisés. Tous les autres fils de connexion et le morceau de fil réservé à la décharge de traction du câble de batterie conservent leur
isolation au milieu ; seules leurs extrémités seront dénudées sur une longueur d’environ 5 mm. L’isolation en plastique est suffisamment souple pour être retirée

avec les ongles. Alternativement, vous pouvez utiliser un couteau tranchant pour l’entailler tout autour, sans pour autant entamer le fil, au risque de le rompre
facilement. L’expérience peut commencer une fois que tout est correctement assemblé. Vous pouvez charger et décharger le disque piézo-électrique autant de fois
que vous le souhaitez à l’aide du commutateur assemblé. Un produit est alors produit à chaque fois.

La batterie n’est pas impérativement nécessaire ici ! Court-circuiter le transducteur acoustique avec le commutateur et appuyer légèrement sur la membrane avec
un objet pointu. Ouvrir le contact et éliminer ensuite la pression mécanique du disque qui se charge alors en électricité. Un claquement se fait clairement entendre
lorsque le contact est à nouveau branché. Cependant, le disque piézo-électrique ne se charge pas seulement avec une pression mécanique, mais aussi avec un
changement de température. Chauffer le disque en le touchant lorsque le contact est ouvert. Il se recharge et produit un bruit au moment de la décharge. Un
nouveau claquement peut être produit après une petite période de refroidissement.

Exercice : Exposez votre cons­truction au froid à l’extérieur
pendant un moment. Ramenez-la
ensuite au chaud à l’intérieur et
produisez au moins cinq cra­quements consécutifs bien
audibles : 3 points.

3 Charger et décharger

La case 3 cache une résistance de 2,2 k (2,2 kiloohms). Elle est identifiée par trois bagues de couleur (rouge, rouge, rouge). Une quatrième bague dorée indique
la classe de précision de 5%. Connecter cette résistance parallèlement au transducteur acoustique. Elle entraîne alors toujours une décharge rapide. C’est
pourquoi un contact simple suffit dans ce cas. Un bruit se fait entendre à chaque fermeture et à chaque ouverture du contact. Ne pas laisser le commutateur fermé
trop longtemps, car la résistance consomme de l’énergie. La batterie doit autant que possible résister jusqu’à la fin de l’expérience.

Pour information : il est possible d’estimer facilement à quel moment la batterie sera déchargée. L’intensité du
courant est de 9 V divisés par 2,2 k, soit environ 4 mA. Avec une capacité de batterie alcaline de 500 mAh, il
faudrait 125 heures ou
cinq jours environ pour que la batterie soit vide.

Exercice : Construisez deux contacts de connexion et connectez votre résistance cutanée en série par rapport à la
résistance disponible de 2,2 k. La résistance cutanée est d’environ 100 k, de sorte que la décharge se fait plus
lentement et plus silencieusement en cas de faible intensité du courant. La résistance actuelle n’a plus qu’une
fonction de protection et limite le courant en cas de liaison directe accidentelle des contacts du capteur. Vous
pouvez modifier la résistance par des contacts plus ou moins forts. L’objectif est que le claquement se fasse
uniquement entendre à la fermeture du commutateur, et non plus à l’ouverture : 4 points.

4 Éclairage et son

Ouvrez la case 4 et vous y trouverez une diode électroluminescente (LED) rouge. Montez le voyant LED dans le circuit positif de votre construction. Cela vous
permet de voir à quel moment le commutateur est fermé et à quel moment le courant circule. Il faudra tenir compte de la polarité lors du montage du voyant LED.

Le voyant LED a deux raccords différents. Le fil court est le pôle négatif (cathode), le fil long est le pôle positif (anode). Une fois que le voyant LED a été monté, il
devient difficile de déterminer quel est le fil court. Il existe cependant un deuxième marquage. Le bord inférieur large est aplati côté cathode. En outre, le grand

support à l’intérieur des voyants LED est relié à la cathode sur tous les voyants LED de ce calendrier.

Pour information : En cas de connexion en série, la tension de batterie de 9 V est répartie entre les différents
consommateurs. Le voyant LED a maintenant une tension d’environ 2 V, tandis que la résistance en a 7. Étant
donné que la tension du haut-parleur piézo-électrique n’est elle aussi plus que de 7 V, le claquement est un peu
plus faible à l’actionnement du commutateur. Notre ouïe étant pourtant habituée à de plus grandes plages de
volume différentes, cette petite différence passe pratiquement inaperçue.

Exercice : Actionnez le contact de commutation de sorte que les deux fils ne se touchent que légèrement ou
ne se frottent que légèrement. Cela se traduit par un bruit de grattage dans le haut-parleur, comme c’était
souvent le cas avec les anciens téléphones. Le contact n’est ni complètement fermé ni complètement
ouvert. Le voyant LED produit alors une lumière vacillante. Il faut cependant faire preuve de beaucoup
d’habileté pour obtenir cet effet : 4 points.

5 Le circuit intégré a-t-il bien atterri ?

Ouvrez la cinquième case. Celle-ci renferme la pièce maîtresse de ce calendrier, le quadruple amplificateur opérationnel LM324. Ce circuit intégré (Integrated
Circuit (IC)) à 14 pattes de connexion contient quatre amplificateurs individuels ayant chacun deux entrées et une sortie. Ces différents amplificateurs sont
interchangeables, alors que les deux raccords de la tension de service ne peuvent jamais être inversés, cela risquerait sinon d’endommager irréversiblement l’IC.
Le pôle positif se trouve sur la broche 4, tandis que le pôle négatif se trouve sur la broche 11. Sur une platine d’expérimentation, le pôle positif se trouve
généralement en haut et le pôle négatif en bas. L’IC doit donc être utilisé de telle sorte que le marquage soit à l’envers.

Imaginez que le quadruple AOP soit un vaisseau spatial qui doit atterrir sur Mars. Tout le monde attend impatiemment un premier signe de vie qui prouve que le
vaisseau a bien atterri. Dans le cas d’espèce, ce signe de vie est donné par l’activation du voyant LED rouge. Et la résistance empêche tout dommage s’il arrivait
qu’une erreur se produise. Contrairement à l’atterrissage sur Mars, on pourrait tout corriger aisément et recommencer l’expérience.

Pour information : Un amplificateur opérationnel amplifie la différence de tension entre ses
deux entrées. En cas de différences plus importantes, la sortie est soit complètement activée,
soit complètement désactivée. Dans ce cas, la tension à l’entrée+- est supérieure à la tension
à l’entrée--, raison pour laquelle le voyant LED est allumé. L’IC utilise normalement la
tension de service à plein régime, sauf que, cette fois, la résistance de protection se trouve
encore dans le circuit positif ici.

Exercice : Transformez la connexion de telle sorte qu’un autre amplificateur soit utilisé parmi
les quatre disponibles (1 point). Ou testez directement avec tous les trois autres amplifica­teurs (3 points).

6 Capteur de contact

La case 6 laisse apparaître une résistance de 330 k (orange, orange, jaune). Réalisez une connexion avec une entrée AOP ouverte. Deux fils à extrémités

dénudées mènent à l’extérieur. En mode normal, le voyant LED est allumé. Il s’éteint en cas de raccordement des deux fils d’entrée. Il suffit de toucher les deux fils
du doigt, car la conductivité de la peau suffit pour modifier l’état. Si vous touchez un seul fil au niveau de l’entrée+-, le voyant LED peut s’allumer ou s’éteindre, et
parfois même vaciller. Si des lignes électriques se trouvent dans les environs, le haut-parleur peut produire un ronflement ou un ronronnement.

Pour information : La tension entre les deux entrées est amplifiée de 10.000 fois
environ. Dans ce cas toutefois, l’entrée inverseuse (–) est directement reliée à la
sortie. La contre-réaction ainsi créée réduit l’amplification de tension à un. Ainsi, la
sortie a presqu’exactement toujours la même tension que l’entrée non inverseuse
(+). L’amplification de tension est certes d’une fois seulement, mais l’AOP fournit
une très grande amplification en courant. C’est pourquoi l’amplificateur est sensible
aux faibles signaux parasites.

Exercice : Touchez faiblement l’anode LED et l’entrée. Le voyant LED ne doit pas
complètement s’éteindre, mais éclairer faiblement : 4 points.

7 Luminescence en cas de contact

La septième case renferme un tout nouveau composant, à savoir un condensateur de 100 nF (nanofarad). Il s’agit d’un condensateur céramique disque portant
l’inscription 104 (100 000 pF, picofarad). Intégrez-le dans le circuit. Le voyant LED est cette fois-ci raccordé au pôle positif, ce qui inverse le mode veille. En mode
normal, le voyant LED est éteint. Il s’allume cependant si vous court-circuitez les fils ou les touchez du doigt. Il reste alors longtemps luminescent et ne s’éteint que
lentement. On pourrait en faire une veilleuse qui s’allume sur simple contact et s’éteint automatiquement.

Pour information : Cette connexion ne fonctionne pas avec n’importe quel AOP,
mais elle est dépendante d’une caractéristique particulière de ce type exactement.
Le LM324 contient des amplificateurs opérationnels bipolaires avec étages d’entrée
PNP qui fonctionnent jusqu’à la tension négative et même encore plus en-dessous.
Le courant de base des transistors d’entrée est d’environ 30 nA, soit 0,03 µA. Ce
très petit courant ne charge que lentement le condensateur à l’entrée. La tension
d’entrée augmente d’environ 0,3 V/s. Il faut donc attendre un peu plus de 20 s pour
que la tension dépasse 7 V et que le voyant LED s’éteigne.

Exercice : Touchez faiblement les entrées de telle sorte que le voyant LED ne
s’éteigne pas, mais reste uniformément en luminescence. Vous devez vous-même
déterminer comment former la bonne résistance avec vos doigts : 3 points.

8 Commande d’éclairage

Un nouveau voyant LED apparaît derrière la case huit. Il est vert et doit être relié à la sortie de l’AOP à la place du voyant LED rouge. Le voyant LED rouge est quant
à lui réaffecté : il devient une photodiode, et donc un capteur de lumière efficace. Veuillez tenir compte du sens de montage avec la cathode à l’entrée de l’AOP. Le
voyant LED vert s’allume si vous éclairez le voyant LED rouge avec une lampe de poche éblouissante.

Pour information : Le montage d’une photodiode est identique à celui des autres
diodes ou diodes électroluminescentes. Une barrière isolante se forme dans le
sens de blocage, empêchant toute circulation de courant. Si la lumière pénètre
toutefois dans le sens de blocage, les différents électrons sont libérés de leurs
liens et peuvent se mouvoir librement. Le courant circule alors. Un cristal LED
n’ayant qu’une petite surface, seule une petite quantité de lumière y est reflétée,
ce qui produit un très faible courant photoélectrique. Dans ce cas, un courant
photoélectrique d’environ 30 mA suffit pour allumer le voyant LED.

Exercice : Construisez un condensateur supplémentaire comme pour le jour 7.
Cela ralentit l’activation et le voyant LED vert s’illumine la nuit. 2 points.

9 Du rouge au vert

La case 9 cache une résistance de 4,7 k (jaune, violet, rouge). Celle-ci sert de résistance en série au voyant LED vert. Les deux voyants LED étant maintenant reliés
à la sortie, la tension de sortie définit le rapport de luminosité entre les deux couleurs. Le voyant LED rouge s’allume lorsque le commutateur de fil est raccordé. En
cas d’ouverture du commutateur, le voyant LED rouge devient progressivement faible, tandis que le vert s’illumine de plus en plus, jusqu’à ce qu’il soit le seul à
rester allumé à la fin.

Pour information : Le courant d’entrée produit à travers l’entrée+- une baisse de tension d’environ
10 mV au niveau de la résistance de 330 k. En cas de commutateur fermé, la tension à la sortie
inverseuse est de zéro volt, ce qui signifie que la tension de sortie est élevée. En cas d’ouverture du
commutateur, le condensateur commence à se décharger. La décharge se fait cependant lentement,
puisque le condensateur se trouve entre la sortie et l’entrée inverseuse. Un tel circuit est également
appelé Integrator. La tension de sortie change proportionnellement au courant et à la durée de
charge.

Exercice : Transformez la connexion de telle sorte qu’un contact de connexion soit réalisé à la place
du commutateur. Cette fois, le contact par doigt doit être plus fort, car il faut atteindre une résistance
inférieure à 330 k. Il peut être nécessaire d’humidifier le doigt : 3 points.

10 Capteur de lumière

Un voyant LED jaune apparaît derrière la case dix. Il est parfait pour jouer le rôle de capteur de lumière. La connexion est rouge ou verte en fonction de la
luminosité.

Pour information : N’importe quel voyant LED peut aussi en principe être utilisé
comme capteur photoélectrique. Inversez les voyants LED et vérifiez lequel des
voyants LED affiche la plus grande sensibilité en cas de source lumineuse blanche.
Avec une lampe de poche, il est en outre possible de mesurer la distance à la-

quelle la sortie commute. Retirer le condensateur pour accélérer la mesure.

Exercice : Effectuez les tests sans condensateur et avec différentes sources de
lumière. Cherchez des zones dans lesquelles les deux voyants LED affichent à peu
près la même luminosité à la sortie. Vous pouvez ainsi démontrer que ces lampes
vacillent rapidement. Une lampe qui vacille considérablement désigne une grande
zone dans laquelle les deux voyants LED s’allument. Trouvez la lampe qui vacille
le plus dans votre maison : 4 points.

11 Mélangeur de couleurs

La onzième case renferme un condensateur électrolytique (Elko) de 22 µF (microfarad). Attention : la polarité doit toujours être respectée lors de l’utilisation d’un
Elko. Le pôle négatif est marqué d’un épais trait blanc. Les performances d’isolation du condensateur sont idéales uniquement si le sens de montage est correct. Si
le sens de montage est incorrect, le courant circule et peut progressivement endommager l’Elko. L’Elko est utilisé ici pour maintenir un état donné le plus
longtemps possible. Le commutateur assemblé peut être utilisé pour charger ou décharger le condensateur. Cela modifie la tension de sortie de l’AOP et donc la
luminosité des voyants LED rouge et vert. Cela permet d’obtenir n’importe quel mélange de couleurs.

Pour information : Le circuit de base est de nouveau un Integrator, bien que le
courant d’entrée puisse cette fois être positif, nul ou négatif, en fonction de la
position du commutateur. Dans la position médiane neutre du commutateur, la
tension de sortie ne devrait pas changer. Cependant, le défaut d’isolation inévitable
de l’Elko et du courant d’entrée de l’AOP conduit à un changement progressif.

Exercice : Transformez le commutateur en un double capteur de contact avec quatre
fils dénudés. Le pourcentage des deux couleurs change en fonction du contact
touché du doigt : 5 points.

12 Capteur sismique

La case 12 renferme une résistance de 330 k (orange, orange, jaune). Elle sera utilisée pour transformer le transducteur acoustique piézo-électrique en un capteur
de vibrations. Les bruits forts et les vibrations importantes font vaciller les deux voyants LED. Levez et abaissez la construction dans son ensemble et les voyants
LED rouge et vert s’allument en alternance. Le disque piézo-électrique fonctionne comme un accéléromètre. Chaque pas est clairement affiché lorsque vous le
transportez à travers la pièce.

Pour information : L’amplificateur opérationnel est utilisé ici comme compara­teur sans contre-réaction. En mode veille, les deux tensions d’entrée sont iden­tiques, rendant impossible de prédire comment la sortie va se comporter. L’AOP
a en effet une petite erreur de décalage de l’ordre de 1 mV (millivolt) qui est
déterminante ici pour le mode veille. Toutefois, dès que la tension de signal
produite par le transducteur est sensiblement supérieure à 1 mV, celle-ci déter­mine l’état initial.

Exercice : Lestez la membrane avec un petit poids de 10 g maximum. Le capteur
devient encore plus sensible aux vibrations du sol. Essayez d’installer le capteur
de telle sorte qu’il puisse afficher les pas d’une personne dans la pièce : 5 points.

13 Commutateur de claquement

Vous trouverez une autre résistance de 100 k (marron, noir, jaune) derrière la 13e case. Celle-ci permet de réaliser un commutateur de claquement qui commute
les voyants LED en cas de bruits forts ou d’actionnement d’un capteur. Veillez à la bonne polarité de l’Elko lors du montage, dont le pôle négatif doit être relié à
l’entrée non inverseuse. Le voyant LED vert est allumé en mode veille. Il faut attendre 30 secondes environ, jusqu’à ce que le capteur se règle automatiquement sur
la sensibilité maximale. Un bruit ou une vibration provoque alors un passage brusque du vert au rouge. Il faudra encore attendre 30 secondes environ, jusqu’à ce
que le circuit soit revenu à l’état vert. Le passage du rouge au vert est un enchaînement en fondu progressif. Lorsque le voyant LED rouge est complètement éteint,
il faut attendre environ dix secondes jusqu’à ce que le circuit soit prêt pour détecter de nouveaux bruits. La commutation peut toutefois se faire avant si le signal
est très fort. De même, il est possible de raccourcir la phase rouge avec un bruit fort. Si le bruit est en permanence fort, le circuit produit une commutation
permanente un peu plus rapide.

Pour information : La fonction de ce circuit est quelque peu complexe. Un amplificateur opérationnel idéal
réagirait différemment. Les caractéristiques spéciales de l’AOP bipolaire avec étage entrée PNP sont toutefois
exploitées ici. Le courant d’entrée est d’environ 30 nA, ce qui se traduit par une baisse de tension de 10 mV à
l’entrée inverseuse, et de 3 mV seulement à l’entrée non inverseuse. Cette différence suffit pour créer un mode
veille stable. Le capteur doit au moins fournir 7 mV pour pouvoir modifier l’état. En cas de passage à l’état rouge,
l’Elko fait augmenter la tension à l’entrée+- et maintient cet état stable grâce à la rétroaction. Il doit ensuite se
recharger de telle sorte que la tension d’entrée baisse en-deçà de 3 mV, ce qui prend environ 30 secondes. L’état
initial change alors. L’entrée serait entraînée vers quelques volts en dessous de zéro, ce qui ne correspond plus à
la plage de fonctionnement normale de l’AOP. La fonction de l’AOP est inversée en dessous de -0,5 V. La ré­troaction se transforme ainsi en contre-réaction pendant un moment, le circuit fonctionne comme Intergrator.
C’est pourquoi l’état initial ne change que lentement.

Exercice : Débranchez l’Elko du circuit et utilisez le condensateur disque de 100 nF pour accélérer le processus.
Transformez donc le circuit de telle sorte qu’un flash rouge soit généré à chaque bruit : 3 points.

14 Générateur de sons

La 14e case laisse apparaître une autre résistance de 100 k (marron, noir, jaune). Construisez maintenant un générateur de signaux qui produit un son intense. En
outre, le signal de sortie est affiché au niveau du voyant LED vert. Au départ, on ne voit qu’une lumière homogène. Un mouvement rapide des yeux permet
toutefois d’identifier une activation et une désactivation rapides des voyants LED.

Pour information : Un diviseur de tension à deux résistances identiques permet
d’obtenir la moitié de la tension de service à l’entrée+- de l’AOP. Une autre résistance
reliée à la sortie assure une rétroaction qui maintient l’état initial en cas de haute ou
de basse tension. En outre, une contre-réaction est reliée à l’entrée inverseuse, qui est
toutefois retardée au moyen d’un condensateur. Chaque fois que le condensateur est

suffisamment rechargé ou déchargé, l’état initial est commuté. Ce qui se traduit par
des vibrations régulières.

Exercice : Remplacez la résistance de 100 k dans la contre-réaction par une résis­tance nettement plus petite de 4,7 k. Le son est ainsi amplifié : 2 points.

15 Capteur de température acoustique

Une résistance de 10 k (marron, noir, orange) se cache derrière la case 15, qui devra maintenant être remplacée par une résistance de 100 k. Le son est ainsi
amplifié. Touchez le condensateur avec deux doigts. Il sera légèrement chauffé, ce qui se traduit par un changement au niveau du volume sonore.

Pour information : Les propriétés de la plupart des composants électriques changent
en fonction de la température. Ce comportement est fortement accentué sur de nom­breux condensateurs céramiques. Plus précisément, la capacité atteint un niveau
maximum lorsqu’on approche une température ambiante de 20
dérablement en cas de températures plus élevées et bien plus faibles. Un réchauffe­ment avec les doigts permet donc d’obtenir une fréquence sonore plus élevée.

°C et bais

se consi-

Exercice : Placez le circuit pendant quelques minutes dehors au froid et observez
l’influence des températures basses. Placez ensuite directement le circuit sur le
radiateur et essayez de trouver le point le plus chaud de la pièce : 4 points.

16 Tel un compteur Geiger…

Vous trouverez derrière la case 16 un condensateur disque supplémentaire de seulement 10 nF (inscription 103) cette fois-ci. Installez-le dans le générateur de sons.
Des résistances modifiées sont également utilisées pour ajuster le volume sonore. En outre, la résistance installée jusqu’ici dans la contre-réaction sera remplacée
par un voyant LED rouge qui fonctionnera alors comme capteur de lumière. Le résultat c’est un générateur de sons dont la fréquence dépend de la luminosité. Seul
un crépitement se fait entendre s’il fait trop sombre. La fréquence sonore augmente dès que le capteur est illuminé. Avec un peu d’imagination, on a l’impression
d’avoir affaire à un compteur Geiger lorsqu’on place une sonde radioactive juste à côté.

Pour information : Le voyant LED joue deux rôles dans cette expérience. Dans le
sens passant, il se comporte comme n’importe quelle autre diode et entraîne la
décharge rapide du condensateur. Dans le sens de blocage en revanche, il isole
et laisse uniquement le courant circuler en fonction de la luminosité. Le circuit
produit donc de petites impulsions dont la fréquence augmente en fonction de la
luminosité.

Exercice : Installez également le condensateur de 100 nF, de telle sorte à réduire
davantage la fréquence. Seuls des claquements isolés et des petits flashs du
voyant LED rouge devraient se produire dans la pénombre. Déterminez lequel
des voyants LED a le plus petit courant inverse et produit donc aussi la plus

petite fréquence dans la pénombre. Le bruit rappelle maintenant clairement
celui d’un compteur Geiger : 4 points.

17 Orgue électronique

Vous trouverez une autre résistance de 100 k (marron, noir, jaune) derrière la case 17. Transformez le générateur de sons en un orgue électronique. Les
instruments usuels ont beaucoup de touches, alors que celui-ci n’a que deux contacts qui jouent le rôle de capteur de contact. Lorsqu’on touche les deux contacts
avec les doigts, on crée une résistance qui donne le ton. Une forte pression produit un son plus élevé.

Pour information : Le circuit ressemble à l’oscillateur du compteur
Geiger de la veille, mais avec une plage de fréquence ajustée grâce à
la résistance de 100  installée dans la ligne de rétroaction. En outre,
le circuit dispose maintenant d’un amplificateur-séparateur avec
amplification simple de la tension, qui assure la bonne séparation du
générateur de son. Cela permet d’éviter les rétroactions sur
l’oscillateur, telles qu’elles sont susceptibles de se produire dans la
zone de résonances propres du transducteur.

Exercice : Exercez-vous avec cet instrument et jouez un chant de Noël.
Si les autres parviennent à identifier le chant : 5 points.

18 Orgue lumineux

Ouvrez la case 18 et retirez une résistance de 330 k (orange, orange, jaune). Transformez à nouveau le voyant LED en capteur de lumière. Vous pouvez
maintenant modifier le son avec une lampe de poche ou une autre source de lumière. Plus vous rapprochez la lampe, plus la fréquence augmente. L’expression
« orgue lumineux » caractérise en général un appareil qui commande la lumière en fonction du son. C’est tout le contraire ici : c’est la lumière qui détermine le
volume sonore.

Pour information : Le circuit utilise à nouveau un ampli­ficateur-séparateur pour une bonne reproduction du son.
Avec le voyant LED comme photodiode, le courant de
charge est faible en cas de luminosité moyenne. Les
résistances ajustées rendent cependant le son suffisam­ment haut et le déplacent dans une gamme bien repro­ductible.

Exercice : Jouez un chant de Noël avec une lampe de
poche éblouissante. Si votre chant est identifié : 5 points.

19 Télégrammes lumineux

Une résistance de 10 k (marron, noir, orange) se cache derrière la case 19. Construisez un générateur de sons qui s’active au moyen d’une source de lumière. Le
voyant LED jaune sert de capteur de lumière, tandis que le voyant LED rouge sert de commutateur électronique au générateur de sons. Le circuit est un récepteur
de télégrammes lumineux. Envoyez par exemple un message de détresse (… --- …) que tout le monde pourra décrypter.

Pour information : Le circuit comprend des composants
déjà connus. La sortie de l’AOP de gauche est positive en
mode veille. Le voyant LED rouge commande alors et arrête
le générateur de sons. Si le courant du capteur est suffi­samment grand, la sortie du capteur de lumière est com­mutée. Le voyant LED rouge est alors exploité dans le sens
de blocage et le générateur de sons est activé.

Exercice : Construisez un contact de commutation ou un
capteur de contact comme manipulateur morse parallè­lement au voyant LED du capteur. Le récepteur de lumière
devient alors un émetteur-récepteur. Vous pouvez ré­pondre aux messages reçus : 4 points.

20 Sirène

Ouvrez la case 20 et retirez une résistance de 33 k (orange, orange, orange). Construisez une sirène. Tous les quatre amplificateurs du LM324 seront utilisés pour
la première fois simultanément. Le montage est relativement complexe, puisqu’il faut assembler plusieurs pièces différentes.

Pour information : Le circuit se compose de deux oscillateurs de différentes fréquences. Une tension progressi­vement croissante et décroissante est appliquée directement à l’Elko du premier oscillateur, qui accède au
générateur de sons proprement dit via un amplificateur-séparateur et y module la tension d’entrée. Le son
maximal est produit lorsque la tension se trouve exactement au milieu. La fréquence de sortie baisse en cas de
tension d’entrée plus élevée ou plus faible. Étant donné que l’AOP bipolaire ne fonctionne pas sur toute la plage
de tension, on observe une phase basse et une phase moins basse.

Exercice : Montez également un voyant LED avec une résistance en série adéquate, de telle sorte à pouvoir voir la
courbe de signaux de l’oscillateur lent : 3 points.

21 Alarme visuelle

Une résistance de 3,3 M (orange, orange, vert) apparaît derrière la case 21. Elle est maintenant utilisée dans un oscillateur lent. Il existe en outre un capteur de
lumière qui active le son. Ce dispositif d’alarme peut être utilisé pour éviter que les cadeaux de Noël soient découverts avant le moment venu. Si une personne
pénètre dans la pièce interdite et y allume la lumière, un signal d’alarme retentit de manière continue. Sans alarme, on observe un clignotement alterné des
voyants LED rouge et vert, qui peut servir de témoin indicateur de disponibilité.

Pour information : Le circuit comprend lui aussi des composants déjà connus. Il contient cette fois deux diodes
pouvant arrêter l’oscillateur. Le son est émis uniquement lorsque les voyants LED rouge et vert sont verrouillés.

Exercice : Utilisez les résistances et condensateurs restants pour modifier le volume sonore ou la fréquence de
répétition : 2 points.

22 Sons de battement

Vous trouverez un autre condensateur de 100 nF (104) derrière la case 22. Cela permet de construire deux oscillateurs de fréquence identique. Les deux sons sont
émis via le haut-parleur. Changez la fréquence d’un oscillateur en chauffant le condensateur avec le doigt. Cela crée des sons de battement. Les fréquences se
rapprochent après le refroidissement, le battement se fait plus lent, jusqu’à ce qu’il disparaisse complètement.

Pour information : Si deux sonorités sont très proches, on entend
une hausse et une baisse du volume dans la cadence de la diffé­rence des deux sonorités. Si la différence de fréquence est très
faible, les deux oscillateurs se figent sur une même fréquence. Ils
peuvent cependant encore avoir des phases différentes, ce qui
modifie le volume et le son. Le défi consiste à découpler les deux
oscillateurs de la meilleure façon possible, afin de permettre aussi
de faibles différences de fréquence. Il convient pour cela d’utiliser
les deux amplificateurs-séparateurs et l’Elko à la tension de
service.

Exercice : Chauffez les deux condensateurs de manière uniforme,
de telle sorte que les oscillateurs aient toujours la même fré­quence croissante. Cela nécessite de la pratique et beaucoup
d’habileté, car il faudra pouvoir identifier le son qui indique que
l’un des oscillateurs menace de se détacher du couplage : 3
points.

23 Orgue à deux bras

Un deuxième condensateur de 10 nF (103) est dissimulé derrière la case 23. Il devra servir à construire un orgue diphonique. Les sonorités sont modifiées par
pression du doigt sur les fils du capteur. Cependant, on obtient deux sons complètement différents si et seulement si deux personnes bien isolées touchent les
deux capteurs. Chacune des personnes influence le son de l’autre dès que les deux se touchent au niveau des mains.

Pour information : Le circuit n’est pas très différent de l’oscillateur
de battement de la veille. Mais comme la principale résistance est
sensiblement plus grande que les résistances de 10 k utilisées la
veille, les condensateurs doivent être réduits.

Exercice : Remplacez l’un des deux condensateurs avec un con­densateur de 100 nF, et les fils de capteur correspondants avec une
résistance de 33 k. On obtient alors un orgue qui produit en
permanence une deuxième voix avec un son constant, comme avec
une cornemuse. Vous pouvez ainsi jouer deux sonorités similaires.
Seul un virtuose de la musique peut cependant réussir à jouer une
chorale de Noël diphonique avec cet orgue. Si vous parvenez à le
faire de manière convaincante, vous recevez 10 points, et moins si
le résultat n’est pas encore satisfaisant.

24 Étoiles scintillantes

Nous avons presque toujours utilisé des résistances à impédance relativement haute jusqu’ici pour pouvoir préserver la batterie afin qu’elle puisse résister jusqu’à
Noël. Mais la dernière case contient une résistance de 1 k
veille de Noël, raison pour laquelle nous n’utiliserons pas le disque piézo-électrique comme haut-parleur, mais plutôt comme capteur acoustique. Dès que la
famille se met à chanter un chant de Noël avec suffisamment de dévouement, trois voyants LED commencent à vaciller légèrement, ce qui s’estompe
progressivement jusqu’à disparaître complètement. Cet éclairage festif peut être fixé sur l’arbre de Noël. Et si personne ne veut plus chanter, on peut effleurer une
branche de l’arbre de Noël pour que le capteur remette l’éclairage en marche.

Pour information : Le capteur en lui-même est le capteur de cliquetis du jour 13 avec une baisse progressive de la
tension de sortie. Il alimente les trois voyants LED à travers une résistance en série de 1 k, qui sont en outre
commandés par trois AOP. La seule nouveauté de cette expérience est l’oscillateur-déphaseur à trois étages. Les
voyants LED sont alors allumés en série avec des transitions en douceur.

(marron, noir, rouge) seulement. Des sonorités bizarres ne devraient pas venir troubler l’atmosphère la



Exercice : 24 expériences ont été assemblées avec succès, mais on est encore loin d’avoir épuisé toutes les
possibilités. De nombreux autres circuits peuvent être réalisés avec les composants existants. Inventez votre
propre circuit, qui se distingue autant que possible de toutes les expériences présentées : 10 points.