Transformer un front montant en impulsion

Pour la réalisation de mon horloge Nixie, j’ai eu besoin de transformer un créneau en impulsion. En effet, pour incrémenter les minutes ou les heures, il y a deux solutions :

  1. On appuie sur le bouton poussoir correspondant, ce qui génère un bref signal à 1, et cela incrémente le bloc des minutes (ou des heures).
  2. Le bloc précédent (les secondes dans le cas des minutes, les minutes dans le cas des heures) arrive en fin de cycle (il va « bientôt » repasser à 00) et génère un signal à un pour réaliser l’incrément du bloc suivant.

Le problème est que tout est dans le « bientôt » et le signal venant du bloc précédent peut rester longtemps à 1. Problème : il y a une porte logique OU entre ces deux signaux et c’est un front montant en sortie de cette porte qui incrémente un bloc. Si le signal du bloc précédent est à 1, la sortie du OU est donc à 1 et l’appui le bouton n’a pas d’effet ! Je me retrouvais donc avec des instants assez longs où les boutons ne servaient à rien…

La première idée est de faire une logique compliquée pour faire en sorte qu’un appui sur le bouton alors que l’autre signal est déjà à 1 génère une transition vers 0 puis une nouvelle transition vers 1 mais c’est vraiment pas une bonne idée. La bonne idée est de transformer le créneau sortant d’un bloc précédent en impulsion et de faire rentrer cette impulsion dans la porte OU. Ainsi, le temps où le bouton est sans effet est négligeable et on devrait donc avoir l’impression que ça marche tout le temps.

Quand j’avais rencontré ce problème, j’avais demandé à un collègue s’il connaissait une solution pour réaliser cette opération, et du fond de sa mémoire bien remplie mais n’ayant pas fait d’électronique analogique depuis un moment, il m’a sorti ce schéma :

impulsion-idee

L’idée était là, il fallait maintenant trouver le schéma exact et les bonnes valeurs de composants. Quelques recherches m’ont amené sur ce Cours de mécanique et électromagnétisme écrit par Jean-Louis Cayrel de l’IUT de Saint-Étienne. Dans la section 1.11.6  Utilisation des condensateurs, il y a un point appelé Transformation Front → Impulsion qui explique très bien le principe du montage. Il s’agit d’un filtre passe-haut : la capacité laisse d’abord passer le front montant, cette transition brutale étant une haute fréquence, puis se charge à travers la résistance jusqu’à bloquer le passage du courant quand il n’y a plus de variation du signal, coupant ainsi les basses fréquences. On obtient une impulsion ! Lorsque le signal repasse à 0, un phénomène similaire se produit mais l’impulsion est cette fois négative. La diode sert à presque supprimer les impulsions négatives puisqu’elle va limiter les tensions négatives à sa tension de seuil.

La charge de la capacité doit être rapide pour obtenir une impulsion qui ressemble vraiment à une impulsion et pas à une sorte de gros triangle. La durée de charge est dépend du très classique τ = R * C, la constante de temps d’un circuit RC. En effet, la fréquence de coupure du filtre est fc = 1 / τ = 1 / (R * C). Ainsi, plus τ sera petit, plus la fréquence de coupure sera grande et plus le filtre « coupera rapidement » le créneau.

Pour vérifier tout ça, j’ai bien sûr commencé par simuler mon schéma avec LTSPiceIV ! Voici le schéma :

impulsion-schema

J’ai fait le montage « en double », avec d’un côté des valeurs fixes et de l’autres côté une valeur fixe pour R mais variable pour C. Le seul intérêt de la partie de gauche est de pouvoir tracer Vout1 d’une couleur distincte de Vout2 et ainsi marquer clairement la courbe de référence, celle avec la valeur la plus faible de  τ, c’est-à-dire le filtre le plus « agressif ».

Le résultat de la simulation est le suivant :

impulsion-simulation

Je n’ai plus eu qu’à choisir les valeurs pour mon montage et tester ça sur plaquette d’essai. Pas de surprise : ça fonctionnait parfaitement ! J’ai donc mis un tel filtre entre mes blocs secondes et minutes entre mes blocs minutes et heures de mon horloge Nixie et mes boutons fonctionnaient nickel !

 

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