Haute impédance

[NightCall]

Bonjour à tous,

Avant tout, je précise que je suis novice en électronique. Aujourd'hui j'avais un sujet de TP et j'ai rencontré un problème je vous expose ci-dessous :

On a du mesurer si un relai est actif ou non (actif : il envoie 24V et sinon 0V). J'ai demandé s'il est possible de mesurer si le relai est actif ou non à l'aide d'un automate. Il m'a répondu oui mais uniquement si l'entrée de cet automate est en haute impédance. J'ai fait des quelques recherches sur google c'est un "troisième état" comme un circuit ouvert.

Donc si je rentre dans l'automate avec une "High Z" ce qui correspond à un interrupteur ouvert cela devrait pouvoir être possible, ma question est pourquoi ? Pourquoi si je relie juste un fil cela ne devrait pas marcher ?
-----

[antek]

On a du mesurer si un relai est actif ou non (actif : il envoie 24V et sinon 0V). J'ai demandé s'il est possible de mesurer si le relai est actif ou non à l'aide d'un automate. Il m'a répondu oui mais uniquement si l'entrée de cet automate est en haute impédance.

Une entrée prévue pour recevoir un niveau en tout ou rien a forcément une impédance relativement élevée.
La notion de 3 états s'applique à une sortie.

[NightCall]

D'accord donc je fais fausse route, il s'agit comme d'un multimètre à ce moment là ? Lorsqu'on fait la mesure à l'aide d'un multimètre, comme il se doit d'être en parallèle, celui-ci doit avoir une résistance infinie pour ne pas créer de pont diviseur et perturber ce que l'on mesure c'est ça ?

Et si on veut mesurer un courant à l'aide d'un automate il devrait avoir une résistance basse impédance du coup ?

[antek]

D'accord donc je fais fausse route, il s'agit comme d'un multimètre à ce moment là ?
Et si on veut mesurer un courant à l'aide d'un automate il devrait avoir une résistance basse impédance du coup ?

Oui.

Un ampèremètre est inséré en série, donc oui, mais je ne sais pas si ce genre de carte d'entrée existe.
Et il faut d'abord comprendre la méthode de mesure.

[A voir en vidéo sur Futura]

[NightCall]

Par méthode de mesure tu entends quoi ?

https://mall.industry.siemens.com/ma...131-6BF01-0BA0

J'ai recherché par curiosité un module qui permettrai de mesurer si une sortie est active ou non. Sur le lien ci-dessus vous pouvez téléchargez le PDF si vous le souhaitez.

J'ai regardé si à un quelconque endroit il y a une notion de "haute impédance" en entrée de ce module. Mais je ne trouve pas, je recherche sûrement mal. A quoi voit-on sur une doc. technique que les entrées sont en haute impédance ?

[PA5CAL]

Bonjour

« Haute » impédance, c'est relatif. Quand une source de tension a une impédance de sortie de 50Ω, un voltmètre avec une impédance d'entrée de 10kΩ peut être considéré comme étant à « haute » impédance. Mais il est évident que ce même voltmètre sera totalement inadapté pour mesurer une tension issue d'une source présentant une impédance de sortie de 1MΩ, puisque dans cette situation on devra considérer que son impédance d'entrée est « très basse ».

En plus de l'impédance, il faut également faire attention à la nature et à la plage de la tension mesurée. Si l'on tente de mesurer 230 Vac avec un voltmètre réglé sur le calibre 2 Vdc, ça risque de très mal se passer...


D'autre part, il faut bien distinguer la mesure d'une tension analogique (pour laquelle on rechercher en principe une bonne précision) de la détection d'un niveau logique ou de la présence d'une tension (où modifier de quelques % -- voire plus -- la tension détectée ne porte généralement pas à conséquence).

Le module dont tu as donné le lien fait partie de cette seconde catégorie (« Digital input module »). D'après sa datasheet (fichier PDF), il est prévu pour des sources de tension continues 24V pouvant fournir un courant (« sink source ») jusqu'à 50mA. En d'autres termes, ses entrées peuvent détecter l'état (fermé/ouvert) d'un contact relié à une source de tension positive de 24V pouvant délivrer 50mA (ce qui correspond à une résistance d'entrée équivalente supérieure à 480Ω, valeur qui pourrait néanmoins être différente dans d'autres conditions que celles indiquées).

[NightCall]

Merci de ta réponse, plusieurs questions :

1) Sur la datasheet j'arrive à trouver qu'il est prévu pour des sources de tensions de 24VDC. Par contre le sink source 50mA comment l'as tu calculé ? A travers la puissance P=U*I ?
2) Donc si je mets une LED avec sa résistance prévu pour limiter le courant à 20mA ce module ferait l'affaire ?
3) Ton schéma m'a bien permis de visionner où se trouve l'impédance d'entrée du module. Je suppose qu'en réalité sur ce montage, dans le module il y a un voltmètre en parallèle qui va mesurer la tension aux bornes de la résistance d'entrée du module ?

[NightCall]

Ok pour la question 1 j'ai trouvé ma réponse c'est intrinsèque au mode sink source (=P-Reading) dû aux transistors qui ne pourront fournir que 50mA max dans ce mode.
Donc pour la question 2 étant donné qu'on peut maximum aller jusqu'à 50mA, alors 20mA c'est bon.

Si mes raisonnements sont bon il ne faut plus que répondre à la question 3

[NightCall]

En relisant, je me dis qu'il y a tout de même un problème : on parlait tout à l'heure d'un pont diviseur de tension. PA5CAL tu me dis que je peux mesurer des tensions 24VDC avec 50mA max, ce qui fait une resistance d'entrée de 480 ohms.

Si je commande un relais qui va alimenter une LED en 24VDC j'aurais besoin d'une résistance d'environ 1100 ohms. A ce moment là, j'aurais un pont diviseur et je ne pourrais pas mesurer alors ? Voir image attachée ?

[PA5CAL]

1) Sur la datasheet j'arrive à trouver qu'il est prévu pour des sources de tensions de 24VDC. Par contre le sink source 50mA comment l'as tu calculé ? A travers la puissance P=U*I ?

Ok pour la question 1 j'ai trouvé ma réponse c'est intrinsèque au mode sink source (=P-Reading) dû aux transistors qui ne pourront fournir que 50mA max dans ce mode.

Non.

J'ai lu l'info dans le tableau, à la rubrique « Input current » : « Current consumption, max. --> 50 mA; All channels are supplied from the encoder supply ».

Il s'agit par conséquent d'un courant maximum consommé par une entrée, et non pas d'un courant fourni par le transistor d'une sortie.

2) Donc si je mets une LED avec sa résistance prévu pour limiter le courant à 20mA ce module ferait l'affaire ?

Donc pour la question 2 étant donné qu'on peut maximum aller jusqu'à 50mA, alors 20mA c'est bon.

Si tu mets la led et sa résistance entre la sortie du contact et le 0V (commun) et si la source de 24V peut fournir 50mA+20mA=70mA alors ça pourra marcher.

3) Ton schéma m'a bien permis de visionner où se trouve l'impédance d'entrée du module. Je suppose qu'en réalité sur ce montage, dans le module il y a un voltmètre en parallèle qui va mesurer la tension aux bornes de la résistance d'entrée du module ?

S'agissant de la détection de la présence d'une tension et non pas d'une mesure, il n'y aura pas de voltmètre sur l'entrée, mais un circuit transistorisé, comme par exemple un pont diviseur suivi d'un montage à transistor NPN, d'une porte logique ou de l'entrée numérique d'un micro-contrôleur. Sur les modules plus anciens, on aurait trouvé la bobine d'un relais électromécanique.

[PA5CAL]

Si je commande un relais qui va alimenter une LED en 24VDC j'aurais besoin d'une résistance d'environ 1100 ohms. A ce moment là, j'aurais un pont diviseur et je ne pourrais pas mesurer alors ? Voir image attachée ?

Je ne vois pas de pont diviseur de tension dans ce schéma.

[NightCall]

Je bloque.. Il y a quelques points que je ne comprends pas.

1) Pourquoi tu additionnes les courants ? On a 20mA sur notre circuit et c'est à la source de ramener 50mA en plus de cela ? J'avais cru comprendre que les 50mA correspondaient au courant max que le module pouvait supporter avant qu'il ne puisse plus "détecter" correctement. Donc la source devra apporter 50mA ? Je ne comprends pas..

2) Sur l'image attachée :




On a notre montage hypothétique. J'entre dans le module qui a une impédance d'entrée Re = 480 ohms comme dit tout à l'heure. Sauf qu'içi, 480 ohms n'est pas suffisant on voudrait environ 1100 ohms afin d'avoir un courant d'environ 20mA pour la LED. Donc R1 = Re + 600Ohms.

Là tout de suite c'est comme cela que je raisonne. Si c'est faux j'aimerai que l'on me dise comment il faut faire et pourquoi il faudrait le faire de cette manière pour le même montage.

[antek]

Cette histoire de 50 mA ne me plaît pas du tout
Ce ne serait pas un courant pour l'alimentation d'un codeur ?

Faire intervenir la puissance d'une source pour la mesure d'une valeur TOR n'a pas de sens.

[antek]

C'est quoi ton "module" ?
Une carte API doit être utilisée pour ce qu'elle est conçue et pas autrement.

[NightCall]

Je ne cherche pas à détourner le mode d'utilisation du module j'essaye de comprendre.

Ce module devrait en principe (si je me trompe corrigez-moi) détecter si il y a une tension présente dans le circuit en renvoyant 0 si on est compris entre -30VDC à +5VDC et '1' de +11VDC à +30VDC. Je ne cherche pas à mesurer uniquement à détecter.

On peut supporter un courant d'entré max. de 50mA et on a une résistance d'entrée de 480 ohms max. sous 24VDC. Je suis parti d'un schéma hypothétique afin de bien comprendre comment cela fonctionne.

Si j'ai une source 24VDC, qui attaque un relai (commandé à distance pour l'ouverture/fermeture du circuit) puis une LED et sa résistance (d'environ 1100 ohms si on veut maintenir un courant à 20mA) comment brancheriez-vous ce système pour que le module puisse détecter si je suis effectivement à '1' ou à '0' ? Visiblement, le schéma que j'ai proposé ci-dessus à l'air faux. J'aimerai juste comprendre comment cela fonctionne.

[PA5CAL]

1) Pourquoi tu additionnes les courants ? On a 20mA sur notre circuit et c'est à la source de ramener 50mA en plus de cela ? J'avais cru comprendre que les 50mA correspondaient au courant max que le module pouvait supporter avant qu'il ne puisse plus "détecter" correctement. Donc la source devra apporter 50mA ? Je ne comprends pas..

Au temps pour moi.

La ligne du tableau spécifiant 50mA était bien le courant maximum que peut supporter une entrée. Ce courant ne correspond pas à une tension d'entrée de 24V, et l'impédance d'entrée n'est en aucun cas équivalente à 480Ω.

Les lignes du tableau de spécifications auxquelles il faut se référer sont plus bas, sous la rubrique « Digital inputs ». On y lit que le courant d'entrée est typiquement de 2,5mA (sous 24V).

Mais concernant l'addition des courants, le principe reste le même. Dans ton schéma du post #9, on doit appliquer la loi de nœuds : le courant produit par la source de 24V est la somme du courant parcourant la branche avec la led (soit 20mA) et la résistance et du courant de la branche correspondant à l'entrée du module (non pas 50mA max., mais 2,5mA typ.).

2) Sur l'image attachée : (...)

On a notre montage hypothétique. J'entre dans le module qui a une impédance d'entrée Re = 480 ohms comme dit tout à l'heure. Sauf qu'içi, 480 ohms n'est pas suffisant on voudrait environ 1100 ohms afin d'avoir un courant d'environ 20mA pour la LED. Donc R1 = Re + 600Ohms.

Là tout de suite c'est comme cela que je raisonne. Si c'est faux j'aimerai que l'on me dise comment il faut faire et pourquoi il faudrait le faire de cette manière pour le même montage.

Là il n'est plus question de brancher la led en parallèle sur l'entrée (comme suggéré sur ton schéma au post #9), mais en série. Ce faisant, on réduit forcément la tension présentée à l'entrée du module, avec le risque que l'entrée ne puisse plus détecter la présence de la tension (avec une résistance interne de 480Ω, le courant de 20mA aurait correspondu à une tension d'entrée de seulement 9,6V).

Le courant d'entrée étant finalement de l'ordre de 2,5mA, cette configuration n'est de toute façon pas envisageable, et il faut s'en tenir à ton schéma du post #9... avec une résistance interne de 9,6kΩ au lieu de 480Ω.

[PA5CAL]

Ce module devrait en principe (si je me trompe corrigez-moi) détecter si il y a une tension présente dans le circuit en renvoyant 0 si on est compris entre -30VDC à +5VDC et '1' de +11VDC à +30VDC.

Exact.

On peut supporter un courant d'entré max. de 50mA et on a une résistance d'entrée de 480 ohms max. sous 24VDC. Je suis parti d'un schéma hypothétique afin de bien comprendre comment cela fonctionne.

On peut oublier les 50mA et 480Ω, et partir plutôt sur 2,5mA et 9,6kΩ.

Mais comme je l'ai indiqué, cela reste une hypothèse, car si le circuit interne de l'entrée est équivalent à cette résistance quand on lui présente une tension de 24V, rien n'empêche qu'il puisse se comporter différemment dans des conditions différentes.

Si j'ai une source 24VDC, qui attaque un relai (commandé à distance pour l'ouverture/fermeture du circuit) puis une LED et sa résistance (d'environ 1100 ohms si on veut maintenir un courant à 20mA) comment brancheriez-vous ce système pour que le module puisse détecter si je suis effectivement à '1' ou à '0' ?

Comme déjà indiqué, il faudrait suivre ton schéma au post #9.

NB : comme on ne sait pas comment l'entrée se comporte lorsqu'elle ne reçoit pas 24V, il est possible que la led reste partiellement allumée lorsque le contact est ouvert, du fait d'un courant de fuite provenant de l'entrée (les leds modernes à haut rendement peuvent encore émettre une lumière visible sous un courant inférieur à 0,1mA). Dans ce cas, il faudrait ajouter une résistance en parallèle avec la led, ou bien une résistance de rappel (pull-down) entre l'entrée et le 0V.

[NightCall]

Effectivement j'avais pas pensé à la chute de tension lorsqu'on est en série. Bien vu pour la LED qui pourrait potentiellement émettre un peu de lumière. J'ai plusieurs questions du coup :

1) Le courant de fuite proviendrait du module en lui-même alors ? A quoi sont dû ces courants de fuite ? Mauvaise conception ou tout simplement inévitable ?

2) Voir image attachée :


Donc nous avons deux solutions pour palier à cette LED qui pourrait être légèrement allumée. Dans les deux cas (bleu ou rouge) quelle valeur devrait avoir les résistances ?
Serait-il possible d'avoir une explication sur l'utilité des résistances dans les deux cas, qu'est ce qu'elles vont faire dans les deux cas pour que la LED ne se mette plus à être légèrement allumé ?

3) C'est une question supplémentaire histoire de comprendre un peu mieux comment fonctionne les circuit électriques, comme je vois les choses courant de fuite que pourrait potentiellement émettre le module d'entrée irait dans vers la LED (courant en vert). Sauf que la LED ne laisserait pas passer le courant dans le sens où elle se situe. Du coup il irait où ? Plutôt vers le générateur ou il prendrait l'autre sens afin de rentrer du bon coté de la LED ? Ou alors je vois mal les choses ?

Merci

[PA5CAL]

1) Le courant de fuite proviendrait du module en lui-même alors ? A quoi sont dû ces courants de fuite ? Mauvaise conception ou tout simplement inévitable ?

Le courant de fuite est inhérent aux circuits électroniques et dépendent de la structure interne de l'entrée considérée. Son intensité et son sens est généralement fonction de la tension de la tension appliquée.

Tout ce qu'on sait, c'est que ce courant de fuite ne gêne pas le fonctionnement du module dans le cadre de l'utilisation prévue, et que pour une tension d'entrée de 24V, il est de l'ordre de 2,5mA.

Selon l'architecture du circuit d'entrée, il est fort probable que ce courant de fuite soit nul ou toujours entrant lorsque la tension appliquée est inférieure au seuil d'allumage de la led, auquel cas la led sera bien éteinte quand le contact sera ouvert. Mais on ne peut pas non plus écarter la possibilité que pour une tension supérieure seuil d'allumage de la led, il devienne sortant et d'une intensité non négligeable.

Le problème, c'est que l'entrée du module n'a pas été expressément conçue pour garantir l'extinction complète d'une led branchée comme sur le schéma. Pour savoir ce qu'il en est réellement, il faudrait avoir le schéma interne du module, ou bien faire l'essai.

Donc nous avons deux solutions pour palier à cette LED qui pourrait être légèrement allumée. Dans les deux cas (bleu ou rouge) quelle valeur devrait avoir les résistances ?

Leur valeur devrait être calculée en fonction du courant de fuite et du niveau de tension pour lequel on considère que la led est parfaitement (ou suffisamment) éteinte.

Si I_L est le courant de fuite sortant de l'entrée et V_Foff le seuil d'extinction de la led, alors on pourra prendre une valeur de résistance R=V_Foff/I_L (ou inférieure) dans les deux cas.

Serait-il possible d'avoir une explication sur l'utilité des résistances dans les deux cas, qu'est ce qu'elles vont faire dans les deux cas pour que la LED ne se mette plus à être légèrement allumé ?

On peut considérer que lorsque la led est juste éteinte, aucun courant ne la traverse plus malgré la tension V_Foff encore présente à ses bornes.

Dans le cas de figure de la résistance bleue, aucun courant ne doit donc traverser la résistance de 1100Ω, laquelle présente alors une tension nulle à ses bornes. Par conséquent, la résistance bleue doit avoir une tension V_Foff à ses bornes, tout en étant traversée par le courant de fuite I_L. Cette situation est obtenue lorsque la valeur de la résistance bleue est R=V_Foff/I_L.

Dans le cas de figure de la résistance rouge, le courant de fuite I_L doit traverser en intégralité la résistance de 1100Ω et la résistance rouge. La tension aux bornes de cette dernière étant alors égale à V_Foff, la situation est obtenue lorsque sa valeur est R=V_Foff/I_L.

3) C'est une question supplémentaire histoire de comprendre un peu mieux comment fonctionne les circuit électriques, comme je vois les choses courant de fuite que pourrait potentiellement émettre le module d'entrée irait dans vers la LED (courant en vert). Sauf que la LED ne laisserait pas passer le courant dans le sens où elle se situe. Du coup il irait où ? Plutôt vers le générateur ou il prendrait l'autre sens afin de rentrer du bon coté de la LED ? Ou alors je vois mal les choses ?

Mais dans le cas d'un courant de fuite sortant susceptible d'allumer la led, le sens serait opposé à celui des flèches vertes.

[PA5CAL]

Voici un exemple de module alimenté en 24V, basé sur un micro-contrôleur, et dont l'architecture interne procure des alimentations –5V (VEE), +5V (VCC) et +10V (VDD) à ses circuits. L'adaptation entre l'entrée 24V « sink » du module et l'entrée du micro-contrôleur est assurée par une résistance de limitation du courant, une diode zener de limitation de la tension et un transistor NPN monté en émetteur commun.



Dans ce cas de figure, lorsque le contact à surveiller est ouvert, l'entrée du module se retrouve bien au niveau bas, mais la led est alimentée au travers de la diode zener et de la résistance d'entrée du module par la tension GND-VEE.

[NightCall]

Merci pour toutes ces réponses, c'est beaucoup plus clair pour moi !

Le dernier schéma m'interesse beaucoup malheuresement je n'ai pas encore les compétences pour le comprendre au premier coup d'oeil.. !
Est-ce que ce forum possède une plateforme audio par exemple un serveur discord ou autres ? Ca serait top pour de l'entraide !