TIPE Pacemaker

[Clem1317]

Bonjour,
je suis actuellement en PSI*, et dans le cadre de mon TIPE j'ai choisi d'étudier le Pacemaker dont le rôle est de fournir des impulsions au cœur dont la fréquence des battements n'est pas suffisante.

Pour étudier le comportement du Pacemaker, j'ai choisi de le modéliser par le circuit électrique ci joint.

Je comprends le rôle des blocs :
- le premier modélise la fréquence du coeur par un signal créneau qui va être converti en tension
- le second permet une adpatation d'impédance
- le troisième renvois une tension +Vsat ou -Vsat selon si la tension d'entrée est inférieure ou supérieure à une tension référence
- le dernier permet de générer l'impulsion

Cependant, le dernier bloc utilise un thyristor dont l'étude n'est pas faite en cours, et bien que je sache qu'il se comporte comme une diode qui nécessiterait un courant dans la gachette pour s'amorcer, j'ai vraiment du mal à comprendre précisément comment le thyristor s'amorce c'est à dire comment celui ci devient passant

De plus, j'ai fabriquer ce circuit au labo mais j'ai du mal à comprendre ce qu'il faudrait que j'observe à l'oscilloscope pour voir l'impulsion

En espérant que quelqu'un pourra m'aider ...

Merci d'avance
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[gienas]

Bonjour Clem1317 et tout le groupe

Bienvenue sur le forum.

… le dernier bloc utilise un thyristor dont l'étude n'est pas faite en cours, et bien que je sache qu'il se comporte comme une diode qui nécessiterait un courant dans la gachette pour s'amorcer, j'ai vraiment du mal à comprendre précisément comment le thyristor s'amorce c'est à dire comment celui ci devient passant …

Ta "définition" du SCR est un peu trop simpliste et mérite d’être corrigée/complétée.

On ne voit pas bien sur ton schéma qui est la cathode et la gâchette qui ne sont pas interchangeables.

Pour que la conduction anode cathode ait lieu, il faut que la polarité soit positive sur l’anode.

Le courant de gâchette (celui qui va amorcer le SCR) n’est pas un courant "progressif", par exemple croissant, mais une impulsion d’amplitude suffisante (voir la datasheet pour sa valeur) pour assurer l’amorçage instantané. Il faut donc une structure contenant la réserve d’énergie pour déclencher et qu’il faut ouvrir au moment choisi.

Autre "particularité": quand le courant anode cathode est présent, il doit rester suffisant pour maintenir la conduction. Cette conduction s’achève pour deux raisons.

1- si la tension s’inverse sur l’anode, il y a blocage;

2- si le courant A/K devient insuffisant (voir la datasheet), il y a blocage aussi.

Il faut donc des conditions à respecter en ce qui concerne la charge pilotée pour que le fonctionnement soit celui que tu décris.

Un SCR n’est pas très bien adapté pour un fonctionnement en continu.

[penthode]

je plussoie , le thyristor est un composant largement dépassé , sauf à haute puissance

[lutshur]

Bonjour,
D'abord, ce qui me chiffonne, c'est l'intégrateur en 1. Je pense qu'il manque une diode.
Le thyristor décharge C' et se bloque ensuite.
Voici une simulation avec un signal d'entrée allant de 42Hz à 90Hz. Il n'y a aucun réglage des résistances, donc le résultat n'est valable que pour cette simulation.
R2 recoit des impulsions entre 42Hz et 60Hz. Entre 60 et 75Hz, les impulsions sont de moindre amplitude. Puis plus rien.

[A voir en vidéo sur Futura]

[lutshur]

Ouch ! 42Hz et 90Hz.
42 pulsations par minute et 90 pulsations par minute, sinon le sujet trépasse.

[gienas]

... ce qui me chiffonne, c'est l'intégrateur en 1. Je pense qu'il manque une diode ...

Pas vraiment. Tel que le générateur est représenté, avec des impulsions strictement positives, l'intégrateur intègre bien sans avoir besoin d'ajouter de diode.

[Clem1317]

Re bonjour

Tout d’abord merci énormément à tous pour vos réponses !

Pour répondre à gienas, merci pour ces informations, je vais donc aller me renseigner auprès du datasheet du thyristor

Pour répondre à Lutshur, merci d’avoir pris le temps de faire une simulation.
J’aurai deux questions supplémentaires :
Les impulsions sont émises au moment où le thyristor s’amorce où sont elles du au condensateur qui se charge et se décharge ?
Enfin, pour observer ces impulsions il faut que j’observe la tension aux bornes de R2 ( petit r sur mon schéma) ?

Merci encore !

[gienas]

... Les impulsions sont émises au moment où le thyristor s’amorce où sont elles du au condensateur qui se charge et se décharge? ...

En ce qui me concerne, j'ai employé deux fois le terme, dans des situations totalement différentes, et je ne sais pas à laquelle de ces deux situations tu fais allusion ici.

Je suppose que ce sont les impulsions de gâchette.

Si c'est bien le cas, c'est un malentendu. Il n'y a aucune impulsion générée, et c'est tout le contraire.

Il faut générer cette impulsion, d'une amplitude suffisante, pour que le courant de gâchette s'établisse et amorce le SCR entre anode et cathode.

Les valeurs des résistances actuelles autant dans le circuit gâchette que cathode sont incompatibles avec le fonctionnement du SCR.

[lutshur]

L' impulsion dans ta r de 10 Ohms est due à la conduction du thyristor.
J'ai zoomé, le thyristor conduit lorsque sa tension de cathode chute suffisamment par rapport à celle de la gachette. Vgachette est censée fixe, pourcentage de la tension de sortie du dernier AOP lorsqu'elle est à l'état haut.
Pour observer les impulsions, tu as bien deviné.

[lutshur]

L'Igt du thyristor employé dans la simulation est inférieur à 200µA, son Vgd est de 0,1V.
C'est pour ça que R1 et R2 dans le schéma original sont ajustables, pour pouvoir fournir le courant de gachette.

[lutshur]

Un gros zoom. V gachette n'est pas aussi stable que ça, elle chute un peu moins vite que V cathode jusqu'au déclenchement du thyristor.

[Clem1317]

Merci encore pour toutes ces précisions.

Je vais essayer de simuler le montage du pacemaker comme vous venez de le faire afin d’être sûr de mes valeurs de résistance et pouvoir par la suite faire fonctionner mon montage au laboratoire.

On m’a conseillé le site LTspice… je ne sais pas si c’est celui-ci que vous utilisez

Si j’ai bien compris je dois donc faire le montage sur le site et changer les valeurs des résistances si nécessaire afin d’obtenir une tension à la cathode qui chute suffisamment pour pouvoir amorcer le thyristor ?

Bonne soirée à vous

[lutshur]

Bonjour,
La partie 4 est un oscillateur à relaxation à thyristor.
Lorsque la sortie de 3 est à l'état haut, il est alimenté. C' se charge, la tension de cathode décroit. Lorsqu'elle est suffisamment inférieure à la tension de gachette, le thyristor conduit et décharge C' à travers R.
Si la sortie de 3 reste à l'état haut, le cycle recommence.
Dans les faits, le capteur de fréquence cardiaque va faire monter la tension du convertisseur fréquence/tension. Ce qui finit par faire passer la sortie de 3 à l'état bas.
J'avais zappé que R' était aussi ajustable, c'est elle qui va déterminer le courant de charge de C', donc l'intervalle entre 2 impulsions sur R.
Ca c'est de la théorie. Gienas a raison en disant que les valeurs max des résistances ne permettent pas le bon fonctionnement. C'est pourquoi elles sont ajustables. Mais ça va être un peu galère à régler 3 ajustables.
J'ai fait la simulation sur LTSpice, mais en montage simplifié sans les parties 1,2 et 3, pour vérifier le fonctionnement du relaxateur, ça me prend trop de temps. Mon ordi est sans doute trop ancien (même certain).
Du coup, j'ai vu qu'un bonhomme avait déjà fait l'expérience. http://www.armelectro.com/pdf/EP/8.pdf
Le X0405N a besoin de 50µA pour la gachette

[gienas]

Bonjour à tous

... Si j’ai bien compris je dois donc faire le montage sur le site et changer les valeurs des résistances si nécessaire afin d’obtenir une tension à la cathode qui chute suffisamment pour pouvoir amorcer le thyristor? ...

Ce n’est pas du tout mon avis. Ce montage à SCR est bâti "contre nature”.

D’abord, on ne sait pas à quoi il est supposé servir, ni ce qu’il est supposé faire.

Je suis à me demander si c’est bien un SCR qui a été prévu qui n’est pas un composant à fonctionnement "discontinu" comme pourrait l’être un transistor unijonction ou un diac qui présentent bien une notion d’avalanche/basculement lorsqu’un seuil est atteint.

Lors d’une conception d’un système, le but à atteindre détermine le choix des composants à utiliser pour y parvenir. On ne part jamais d’un produit fini pour savoir comment il fonctionne!

C’est exactement l’inverse: on bâtit la fonction en conciliant/choisissant les composants qui répondent au besoin. Point.

Si on décide d’utiliser un SCR, c’est que l’on a besoin de provoquer un court circuit, suite à un déclenchement.

Si l’alimentation est continue, il faut que ce court circuit amène une intensité suffisante, mais que cette intensité ne puisse jamais se maintenir au delà du courant de maintien, faute de quoi le SCR ne se bloquera jamais pour assurer une période suivante.

[Clem1317]

Bonjour, désolé pour ma réponse tardive ... prise par mes révisions, j'ai dû mettre le TIPE de côté un instant.

J'ai essayé de modéliser le circuit sur LTspice seulement je n'obtient aucune impulsion en observant Le courant aux bornes de R2. Je ne sais pas quoi modifier dans mon circuit pour avoir des résultats convenables...
Ci-joint une photo de mon cicuit ainsi qu'une simulation du bloc 1, c'est à tire de la tension créneau envoyée par mon générateur d'entrée ainsi que les charges décharges du condensateur C1

[Clem1317]

Ci joint le montage

[penthode]

à quoi sert U1 ?

je ne piges pas le fonctionnement du circuit à SCR

[lutshur]

Voici 2 simulations. Draft1 : avec un transistor unijonction. Draft2 : avec un thyristor. Je me suis aperçu trop tard de la mauvaise valeur du condensateur. Quoique, pour l'unijonction, ça donne une bonne fréquence.
L'unijonction ne pose pas de problème pour osciller. Plus tu élèves la tension de la gachette, plus l'intervalle grandit entre 2 impulsions. Jouer sur la résistance de 100k a le même effet (plus grande=intervalle plus long).
Le thyristor génère bien une impulsion, mais se repose ensuite. Pas de bol, j'ai modifié la valeur du condo, sans avoir pris une capture d'écran de la simulation précédente. Comme ça prend une plombe, j'ai arrêté après l'impulsion.
On pourrait croire que les 8mA sont insuffisants, mais j'ai eu une simulation où l'impulsion était de 150mA avec le même effet.
Quelque chose ne va pas bien avec lui, en simulation en tout cas puisque apparemment ça fonctionne en réel. Je n'ai même pas pu l'amorcer en lui envoyant des impulsions sur la gachette, dans un circuit composé d'une alim 15V, une charge 100 Ohms, le thyristor et un générateur d'impulsions.
Je ne cherche plus, trop chronophage.

[Clem1317]

Bonjour, merci énormément pour votre réponse

je suis en train d'essayer de faire les simulations par moi même, cependant, je n'arrive pas à ajouter le transistor unijonction. J'ai trouve ce fichier texte sur internet : *Programable Unijunction Transistor pkg: TO-226AA
.SUBCKT X2N6027 1 2 3
************** K1 G K2
Q1 2 4 3 NMOD
Q2 4 2 1 PMOD
.MODEL NMOD NPN(IS=5E-15 VAF=100 IKF=0.005 ISE=1.85E-12 NE=1.45
+ RB=10 RE=0.5 RC=0.5 CJE=3.5E-11 VJE=0.75 CJC=1.1E-11 VJC=0.75 TR=4.76E-8
+ TF=16N VJS=0.75 )
.MODEL PMOD PNP(IS=2E-15 VAF=100 IKF=0.005 ISE=1.9E-12 RB=10 RE=0.5
+ RC=0.5 CJE=3.5E-11 VJE=0.75 TF=1.6E-8 CJC=1.1E-11 VJC=0.75 TR=5.1E-8
+ TF=16N VJS=0.75 )
.ENDS X2N6027

je l'ai enregistré en tant que fichier word dans Lt spice --> sub

J'ai ouvert le composant JFET mais je n'arrive pas à finir ma démarche

merci d'avance

[Clem1317]

pareil pour l'élement k ... c'est bien un potentiomètre qu'il faut importer dans LT spice ?

[penthode]

le transistor UJT est obsolète depuis 30 ans

les pacemakers modernes sont basés sur des processeurs complexes !

[lutshur]

fichier word dans Lt spice --> sub

Tu ouvres le fichier texte avec Ltspice (glisser-déposer).
Tu clique-droit sur la ligne .subsckt ... et choisis "create symbol". Il y aura un symbole du X2N6027 dans le répertoire "AutoGenerated"

[Clem1317]

Merci beaucoup, j’ai réussis du coup !
Une dernière question … pensez vous qu’il est possible d’asservir le circuit avec le transistor ? Ou seul le circuit avec le thyristor peut être asservis ? Si oui de quelles façon ?

[Gyrocompas]

Bonjour,
Simple rappel, un thyristor est équivalent à un NPN dont le collecteur attaque la base d'un PNP dont le collecteur va sur la base du NPN.

Réalisé en discret, des précautions vis à vis des courants de fuite et max doivent être prises.

[lutshur]

pensez vous qu’il est possible d’asservir le circuit avec le transistor ?

Si tu as fait quelques simulations, tu auras pu remarquer que la fréquence des impulsions diminue lorsque la tension qui alimente le relaxateur diminue.
A l'inverse, avec une tension d'alim fixe, et une tension de gachette variable, la fréquence diminue lorsque la tension de gachette augmente.
Pour les exemples, j'ai utilisé le cablage du datasheet de l'unijonction qui diffère un peu du tien.

[lutshur]

Tension de gachette variable

Je préfère ce montage, le courant dans R10 varie moins.

[Clem1317]

Bonjour, oui j’ai pu faire ces constatations mais j’ai aussi remarqué que cette fréquence diminue lorsqu’on diminue la valeur de la résistance R4 ou du condensateur. Cependant je cherche maintenant à asservir le montage c’est à dire à revenir à mon montage de base( avec les ALI), capable d’envoyer une impulsion lorsque la tension d’entrée devient inférieur à une tension seuil. Cependant mon montage d’origine utilisait un thyristor… et je ne sais pas si il peut marcher si j’utilise un transistor à la place

[Clem1317]

ou but étant de modéliser un pacemaker qui envoie des impulsions seulement quand les battements cardiaques sont trop faible et non pas en continue

[Gyrocompas]

Bonjour,
Souvenirs...très lointains.
L'UJT n'est pas un élément fiable.
Les tensions pic et vallée caractéristiques fluctuent.
Dans certains domaines, il est interdit, la reproduction d'un schéma n'est pas garantie.
Pour un pacemaker est-ce raisonnable?
Pourquoi ne pas raisonner par des boîtes réalisant une fonction selon un paramètre, puis les remplacer par un montage adapté avec des composants fiables?

[lutshur]

Cependant je cherche maintenant à asservir le montage c’est à dire à revenir à mon montage de base( avec les ALI), capable d’envoyer une impulsion lorsque la tension d’entrée devient inférieur à une tension seuil

Dans ton montage d'origine, remplace le thyristor par l'unijonction qui sera alimenté par la sortie de l'AOP.
Si la tension en sortie du convertisseur fréquence/tension est supérieure à la tension de référence, l'unijonction ne sera plus alimenté, donc sera inactif.
Tu dois trouver à partir de quelle valeur d'alim il se met à relaxer. Et calculer les composants pour rester dans une plage de fréquences acceptable.
La régulation se fera toute seule avec le feedback du capteur : fréquence trop basse, l'AOP final fournit la tension maximale autorisée à l'unijonction. Plus la fréquence augmente, moins l'unijonction est alimenté. Et retour 2 lignes ci-dessus.