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INSTITUT UNIVERSITAIRE PROFESSIONNALISE

G E N I E I N F O R M A T I Q U ETravaux Pratiques d’électronique numérique

7 : Astable et Monostable

c B. Besserer

année universitaire 2000-2001

1 Astable par charge et décharge de capacité

1.1 Rappels

Le circuit 74LS14 est un inverseurschmitt trigger, c’est-à-dire avec hystéresis. L’entrée du circuitprésente deux seuils de commutation distincts. Tracez la courbe. Si vous ne vous rapellez pas de cettecourbe caractéristiqueVout (qui ne peut être que 0 ou Vcc) en fonction deV in, effectuez la manipulationsuivante :

alimentation variable

voltmetre

vers LED

+ −

Cablez un inverseur 74LS14, en visualisant la sortie grâce à une LED. Branchez l’entrée de votre porte inver-seuse sur l’alimentation variable et sur votre voltmètre. Partez d’une tension d’entrée nulle, augmentez la tensionjusqu’au point de commutation, relevez la valeur, augmentez encore jusqu’a 5V, puis diminuez la tension jusqu’a0V. Relevez également le point de commutation.

Ce TP va également rafraichir vos connaissance concernant la charge et la décharge d’un conden-sateur. Si vous n’êtes plus sûr, vous pouvez visualiser la charge et la décharge d’un condensateur enmettant en oeuvre la manipulation suivante :

Cablez le circuit suivant en utilisant un poussoir anti-rebond.Attention, le condensateur électro-chimique estun composant polarisé. Le pole positif (anode) est repèré par un étranglement du boitier. Le pôle négatif (cathode)est souvent repèré par des inscriptions sur le boitier.

oscilloscopepoussoir A du supportd’experimentation

R=5k

C=10uF

Observez les signaux de charge et de décharge sur l’oscilloscope, qui doit être en acquisition en mode transitoire(voir TP "bascule anti-rebonds"). En changeant le front de déclenchement, on peut voir la charge ou la décharge.

1.2 Astable

Réalisez le montage ci-dessous. Observez simultanément (voie 1 et voie 2) les signaux de sortie(point Y) et les signaux du point X.

1

X

Y

R=1,5kC=1uF

1. relevez la fréquence et le rapport cyclique du signal

2. remplacez la capacité de 1�F par une capacité de 15 nf et effectuez à nouveau les relevés defréquence et de rapport cyclique.

2 Mise en oeuvre du NE555

Le circuit NE555 est un circuit intégré que l’on apelle linéaire. Son fonctionnement n’est pas assujétiaux niveaux logiques TTL. Il peut donc être alimenté sous des tensions diverses (5..18V). Nous allonstoutefois l’utiliser sous 5V.

Ce circuit est spécialement déstiné à la réalisation de monostables, temporisateur, oscillateurs etclignotants de tous types.

2.1 Fonctionnement en monostable

Un monostable est un système ne possèdant qu’un seul état stable. On peut le forcer dans un autreétat, mais le monostable reviendra, par lui-même, dans son état stable.

Le NE555 peut être utilisé en monostable. Cablez le montage de la figure 1. La valeur de Ra est de100K, la valeur de C de 10�F.

1

2

3

4 5

6

7

8

poussoir A (0 actif)

poussoir B (0 actif)

sortie (LED)

+Vcc

Ra

C

+

FIG. 1 – Monostable utilisant un circuit NE555

La durée des signaux est élevée. Pour visualiser ceux-ci sur l’oscilloscope, il faut choisir une basede temps de l’ordre de la 1/2 seconde par division. L’idéal est une acquisition en modesingle, avecdéclenchement de l’oscilloscope sur l’impulsion de déclenchement (broche 2).

1. Appliquez un signal de déclenchement. Examinez le signal de sortie. Mesurez la durée de l’im-pulsiontm. La durée de l’impulsion doit être de1; 1�Ra�C, verifiez. Tracez le chronogramme.

Verifica-tion detous leschrono-grammes

2. Appliquez maintenant deux signaux de déclenchement très rapprochés et déterminez si ce mon-tage se comporte en monostable redéclenchable ou non-redéclenchableretriggable. Tracez lechronogramme.

3. Appuyez à présent sur le poussoir A durant un laps de temps supérieur àtm. Que constatez vous ?

4. Le monostable réalisé sur la base du NE555 dispose d’un entrée dereset. Appuyez pendant uncourt instant sur le poussoir A de déclenchement puis sur le poussoir B (reset). Que constatezvous ? Tracez le chronogramme.

5. Appuyez à présent sur le poussoir B durant une période assez longue, puis sur A pendant queB est encore maintenu et relachez rapidement les deux poussoir. Que constatez vous ? Tracez lechronogramme.

2.2 Fonctionnement en astable

Comme pour le montage étudié en 1.3, l’astable organisé autour du NE555 ne possède pas d’étatstable et oscille. La fréquence d’oscillation peut toutefois se déterminer avec beaucoup plus de précisionqu’avec le montage donné en 1.3.

2

Cablez le montage suivant, avec Ra=5K, Rb=10K et C=15nF.

1

2

3

4 5

6

7

8

sortie (LED)

Ra

Rb

C

+Y

X

+Vcc

FIG. 2 – Astable utilisant un circuit NE555

1. Relevez à l’oscilloscope les signaux au point X et au point Y. Comparez ceux-ci aux signauxrelevés au 1.3 ? Relevez la valeur des seuils de commutation. Ceux-ci doivent correspondre à 1/3et à 2/3 de Vcc.

2. Relevez la fréquence ainsi que le rapport cyclique des signaux de sortie. Permutez les résistancesRa et Rb, et examinez à nouveau les signaux de sortie en relevant fréquence et rapport cyclique.Que peut-on dire du rapport cyclique du signal de sortie obtenu ?Le partietH de la période correspond à la charge de la capacité, à travers les resistances Ra et Rben série. La formule donnée par le constructeur est :tH = 0; 7� (Ra+Rb)� C.tL correspond à la décharge de la capacité, par la broche de décharge (broche 6)via Rb seul :tL = 0; 7�Rb� C

La période t est égale àtL + tH , se calcule donc par la formule :t = 0:7� (Ra+ 2�Rb)� C.(on trouve aussi, selon les sources, l’expression

f =1:4

(Ra+ 2�Rb)� C

Verifiez et comparez avec les valeurs relevés. Proposez des valeurs de resistance permettant unrapport cyclique proche de 50%.

2.3 Fonctionnement en astable, version 2

Cablez le montage de la figure 3.Attention : La diode est un semi-conducteur polarisé. La cathode(pôle négatif) est identifié par une bague noire. Le courant ne peut passer que de l’anode vers la cathode.

– Relevez la fréquence et le rapport cyclique. Exprimez approximativement la formule pour déter-miner la période.

1

2

3

4 5

6

7

8

sortie (LED)

C

Ra

Rb 1N4148

+ Y

X

+Vcc

FIG. 3 – Astable à rapport cyclique proche de 50 % utilisant un circuit NE555

3

2.4 Modulation de largeur d’impulsion

La modulation en largeur d’impulsion (MLI, ou PWM pourPulse Width Modulation) est une tech-nique courament employée pour la commande d’un moteur continu. Un moteur en fonctionnement pos-sède une impédance d’entrée proche d’une self, et à donc tendance à lisser le courant (comme une capa-cité à tendance à lisser une tension, voir TP1). On alimente donc le moteur sous tension constante, maisen interrompant le passage du courant. Le moteur va lisser ce signal et le courant de fonctionnement auniveau du moteur sera le courant moyen.

L’usage d’un monostable redéclenchable est conseillé, car seul ce monostable permettre un fonc-tionnement en continu (puissance maximale du moteur). Il faut donc rendre le NE555 redéclenchable.Pour cela, chaque impulsion de déclenchement aura également pour effet de décharger le condensateur,via un transistor externe. Le cycle de charge recommence donc à partir de 0.

1

2

3

4 5

6

7

8

sortie

Ra

Rb

C

+

X

+Vcc

impulsions dedéclenchement

2N2907

10K

FIG. 4 – Astable à rapport cyclique proche de 50 % utilisant un circuit NE555

Prenez un potentiomètre (Les potentiomètres n’ont pas tous la même valeur). La résistanceR b estune résistance de protection, limitant le courant même si vous réglezRa = 0. On fixera la valeur deRb à470. Vous devez alors calculer C pour avoir un fonctionnement correct, c’est-à-dire que la duréemaximale de l’impulsion doit être supérieure à la période du signal de déclenchement, que l’on fixera à100 Hz.

Réalisez le montage et testez le fonctionnement : Le signal de sortie doit avoir un rapport cycliquevariant de 20% (largeur de l’impulsion de déclenchement) à 100% (signal continu). C’est votre GBFqui fournira les impulsions (signal TTL, fréquence 100 Hz, rapport cyclique = 80%, pour avoir desimpulsions courtes)

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