Piloter un buzzer avec un circuit 555

De L'abscisse - FabLab et Hackerspace de Dijon
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Présentation

Le circuit présenté ici permet de piloter un buzzer ou bipeur en français. Le déclenchement de celui-ci peut être contrôlé par un bouton poussoir ou par un signal logique (provenant par exemple d'un Arduino ou d'un Raspberry pi)

Coût

  • NE555 : 50 cts
  • récupération des autres composants

Niveau de difficulté

Orange.png

Outillage nécessaire

  • breadboard

ou

  • plaque de prototypage + de quoi souder

Composants nécessaires

  • NE555
  • un buzzer (sans blague ^^)
  • quelques condensateurs
  • quelques résistances.

Schémas

Schéma buzzer NE555

Fonctionnement

Les broches 1 et 2 du connecteur correspondent respectivement à la masse et la tension d'alimentation Vcc (5V).
Le NE555 génère un signal carré qui est délivré au buzzer par l'intermédiaire du condensateur C3 et de la résistance R3.
La mise en marche du NE555 se fait par appui sur le bouton SW1 ou par envoi d'une tension de plus de 1.4V sur la broche 3 du connecteur.

Étape par étape

Se documenter sur le buzzer

La première chose à savoir sur les buzzers, c'est qu'il faut les piloter à une fréquence particulière, ce qu'on nomme leur fréquence de résonance, sans quoi le son produit sera très faible et/ou très distordu.

Pour obtenir cette valeur, une seule solution, la documentation constructeur.

Le buzzer de l'exemple, récupéré sur une carte modem PCI, est un HY-05, produit par la société HYCOM.

La recherche du mot clé "HY-05" dans un moteur de recherche mène directement à ce document PDF : http://www.hycomdevice.com.tw/comm/upfile/d_030728_06135.pdf

La valeur qui nous intéresse, ici appelée resonance frequency, vaut 2400 Hz, à 200Hz près. On note également la tension d'alimentation du buzzer appelée rated voltage de 5V, valeur commune à une grande majorité des buzzers.

Calcul des composants nécessaires

Le circuit intégré NE555 est ici utilisé en montage astable, ce qui signifie qu'il va produire, en sortie, un signal carré, dont la fréquence est donnée par la formule suivante :

F=1.44/((R1 + 2* R2)*C1)

Avant de se lancer dans les calculs, il faut tenir compte d'un autre facteur.
Les buzzers doivent être pilotés avec un signal de rapport cyclique proche de 0.5, cela signifie que le signal généré par le NE555 devra passer autant de temps à l'état bas qu'à l'état haut. Cela implique que la résistance R1 soit de valeur petite devant R2. On peut donc négliger R1 dans le calcul des composants, ce qui donne :

F=1.44/(2*R2*C1)

avec F=2400Hz

On a alors R2*C1 = 1/3333.3 = 0.0003

Ici, la meilleur combinaison possible avec les composants disponibles était :

  • C1 = 2.2nF
  • R2 = 100 KΩ
  • R1 = 1KΩ

Ce qui donne, après calcul, une fréquence 3.2kHz.
On est tout de même assez loin des 2.4kHz recherchés.
Cependant, le diagramme Frequency characteristics, de la documentation du buzzer nous informe qu'on reste dans la bande des fréquences avec lesquels le buzzer fonctionne bien. Plus l'on est haut sur le diagramme, plus le buzzer émet fort à la fréquence correspondante.

Les tests seront donc réalisés avec ces composants.

Choix de R3 et C3

C3 est indispensable au bon fonctionnement du buzzer, car il donne l'illusion au buzzer qu'il reçoit un signal alternatif. Une valeur de quelques µF conviendra à la plupart des cas (4.7µF sur le prototype).

R3 permet de limiter la consommation du buzzer, et de diminuer son volume si celui-ci est trop bruyant. Une valeur de 220 Ω devrait convenir. Si le buzzer est trop bruyant, il suffit de changer cette résistance par une de plus forte valeur (par exemple 1kΩ).

Le reste du circuit

C2 assure le lissage de la tension d'alimentation, et vaut typiquement une centaine de µF.
D1 permet de piloter le montage avec un niveau logique quelconque, par exemple 0/3.3V issu d'un Raspberry, sans risquer de retour de courant. N'importe quel diode devrait pouvoir l'affaire, typiquement on utilisera un modèle courant comme une 1N4148.
R4 assure l'arrêt du NE555 lorsque le bouton est relâché et qu'aucune tension de commande n'est présente sur la broche 3 du connecteur. Sa valeur exacte importe peu, mais doit être de l'ordre de 10 kΩ ou plus.

Variantes

Obtenir un beep continu tant que le montage est sous tension : remplacer le bouton sw1 par un strap, ne pas mettre D1 et R4

Liens

L'archive Kicad du projet et typon
https://fablab.coagul.org/index.php/Fichier:Projet_buzzer_555.zip

La fiche Wikipédia qui explique le fonctionnement d'un bipeur
http://fr.wikipedia.org/wiki/Bipeur

Auteurs

  • Pila