Avez-vous besoin de réguler avec précision la température de l'un de vos appareils ? Ce thermostat fiable, équipé d'une thermistance, offre une plage de réglage de 0°C à 60°C. Il est idéal pour un contrôle optimal de la température dans les aquariums, les terrariums, les chaudières et bien d'autres applications encore.

Ce circuit analogique compact vous permet de contrôler divers types de charges externes via des contacts isolés NO-NC (Normalement Ouverts, Normalement Fermés) d’un relais. Cela vous offre la possibilité de gérer des appareils de chauffage via la connexion NC ou, en inversant la logique, de réguler le refroidissement à l’aide de ventilateurs ou de systèmes de climatisation via la connexion NO.

Schéma du circuit

Le montage du thermostat représenté dans la figure 1 comprend l'amplificateur opérationnel IC1, utilisé comme comparateur, pour détecter la différence de tension entre la broche 3 (entrée non inverseuse) reliée au capteur CTN connecté au bornier X1, et la broche 2 (entrée inverseuse) alimentée par un diviseur de tension composé de R2 et R8. Le trimmer R8 permet d'ajuster la tension de référence à la broche 2, permettant ainsi de régler la température à laquelle le thermostat s'active.

Les thermistances à coefficient de température négatif (CTN) se caractérisent par une diminution de leur résistance à mesure que la température monte. Employées dans une vaste plage de températures, de -100°C à 450°C, elles sont particulièrement prisées pour leur haute sensibilité temps de réponse court. Leur courbe de transfert montre des variations exponentielles qui peuvent être pseudo-linéarisées en connectant une résistance de polarisation en série, comme réalisé dans ce projet. Ce comportement peut encore être affiné en intégrant des résistances en parallèle avec la CTN.

Dans ce projet, nous avons utilisé une thermistance CTN avec une valeur nominale de 2,2 kΩ at 25°C. Pour obtenir une réponse pseudo-linéaire, nous avons connecté la CTN en série avec la résistance R1, créant ainsi un diviseur de tension. En pratique, lorsque le capteur CTN est soumis à une température supérieure à 25°C, sa résistance interne diminue, entraînant une augmentation de la tension sur la broche 3.

Lorsque la tension sur la broche 3 dépasse la tension sur la broche 2, la sortie sur la broche 1 de l'ampli-op passe au niveau logique 1. Cela provoque la saturation du transistor T1 et active le relais K1. S'il s'avère difficile de trouver une CTN de la valeur de 2,2 kΩ, il est possible d'utiliser un composant de valeur proche (à 25°C) et de substituer la résistance R1 par une autre de valeur équivalente.

Le trimmer R8 permet de régler le seuil de commutation d'IC1. La résistance R3, connectée entre la broche 3 et la broche 1 de IC1, détermine l'hystérésis, qui correspond à la plage de tolérance (Δt) autour du point de commutation. Sans hystérésis, lorsque la température du capteur se situe autour de la température de commutation sans la dépasser, le relais K1 pourrait commuter en continu, ce qui provoquerait une usure des contacts et un éventuel dysfonctionnement de l'appareil contrôlé. La présence de R3 assure que la transition entre l'état de repos et l'état actif ne se fait que lorsque la température dépasse légèrement le seuil de commutation, éliminant ainsi toute incertitude lors de la commutation.

L'ampli-op IC1B, qui n'est pas utilisé, est configuré en suiveur de tension à vide. L'entrée non inverseuse sur la broche 5 est connectée à la masse. Cette configuration permet de minimiser le bruit et de garantir le bon fonctionnement du circuit. L'alimentation du circuit est fournie par le module d'alimentation AL1 du circuit imprimé, mais il est également possible d'utiliser une source externe sans avoir à installer ce composant sur le circuit imprimé.

Circuit imprimé

Comme illustré sur le prototype fini de la figure 2, monté sur des supports imprimés en 3D, notre circuit est principalement constitué de composants montés en surface (CMS), le reste étant des composants à trous traversants. La construction de la carte reste simple, même si les composants CMS exigent une attention particulière lors du placement et de la soudure.

La carte utilisée est double face avec des trous traversants, et elle doit être assembée en suivant la sérigraphie présentée dans la figure 3. Si vous utilisez le thermostat pour réguler la tension de la ligne AC, il est également nécessaire de réaliser les fraisages indiqués en noir sur cette même image, afin de renforcer l'isolation entre la tension du secteur et la section basse tension du circuit.

L'assemblage d'un circuit nécessite des outils spécifiques pour placer les composants CMS, ainsi qu'une bonne dextérité manuelle. Le fer à souder doit être de préférence à pointe très fine et d'une puissance maximale de 12 W. L'utilisation d'une station de soudure pour CMS est recommandé. L'épaisseur du fil d'étain ne doit pas dépasser 0,5 mm. Les plans du circuit imprimé, y compris le fichier .stl pour les supports imprimables en 3D, peuvent être téléchargés ci-dessous.

Assemblage et test

Vous pouvez commencer par placer IC1 en veillant à respecter son orientation, puis soudez les broches une par une, en alternant les rangées. Ensuite, procédez à la soudure des résistances et les condensateurs céramiques. Pour finir, placez la diode D1, le transistor T1, les condensateurs électrolytiques C2 et C3.

Veuillez noter qu'en raison d'une erreur lors de la phase de déploiement du PCB, la numérotation des composants pour les condensateurs commence à 2 ; par conséquent, il n'y a pas de C1 sur la carte. Inutile de le chercher !

À ce stade, on peut passer à l'assemblage des traversants. Insérez les diodes LED1 et LED2, puis les bornes à vis X1, X2 et X3, le porte-fusible F1, l'alimentation AL1, et enfin le trimmer R8 et la varistance R6.

Veuillez noter que les fils de la CTN peuvent être connectés soit aux pastilles JP1, soit au bornier à vis X1, dont les contacts sont connectés en parallèle sur le circuit imprimé. De plus, l'un ou l'autre de ces points de connexion peut servir à ajouter une résistance de compensation en parallèle avec la CTN, si une courbe de linéarisation spécifique est requise.

Une fois l'assemblage terminé, vous pouvez passer aux tests. La figure 4 montre le câblage nécessaire. Si vous connectez des charges à haute intensité aux pistes du circuit imprimé du relais menant à la borne X3, il est conseillé de renforcer ces pistes avec de l'étain, comme illustré dans le coin inférieur droit de la figure 5.

Pour le test, positionnez le trimmer R8 à un quart de sa capacité totale dans le sens des aiguilles d'une montre (CW) et alimentez la carte. La LED2 verte devrait s'allumer. En chauffant la thermistance CTN, la LED1 s'illuminera et vous entendrez également le relais K1 s'activer. Si tout fonctionne comme décrit, le circuit est opérationnel et prêt à être ajusté à la température de déclenchement souhaitée pour une utilisation dans votre application.