oscillateur Trigger de Schmitt

République Algérienne Démocratique et Populaire
Ministère de L'Enseignement Supérieur et de la
Recherche Scientifique
Université des Sciences et de la Technologie
d'Oran Mohamed BOUDIAF
FACULTE DE GENIE ELECTRIQUE
DEPARTEMENT D'ELECTRONIQUE
Monographie FP ELN
Trigger de Schmitt
Master 1 : Instrumentation Biomédical
Groupe : 2
Réalisée par :
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Gherram Hanane
Belgherbi Wafaa Nacera
Boumeddane Merwa
Responsable du module : Mr A.Kaddour
Introduction
Une bascule de Schmitt, aussi appelée trigger de Schmitt ou bascule à seuil, est un circuit logique inventé
en 1934 par Otto Schmitt, ingénieur américain.
Fig.1 : Symbole d’une bascule de schmitt
Principe
C'est une bascule à trois entrées V, SB et SH et une sortie Q et un comparateur de seuils à deux niveaux
(haut et bas). Contrairement aux autres bascules, qui sont commandées en appliquant des signaux
logiques à leurs entrées, la bascule de Schmitt est conçue pour être pilotée par une tension analogique,
c'est-à-dire qu'il peut prendre n'importe quelle valeur (dans l'intervalle 0 – Vcc afin de ne pas dégrader le
circuit).
Les entrées SB et SH (seuil bas, seuil haut, ce dernier étant à un potentiel supérieur à SB) sont
maintenues à des potentiels fixes ; ceci peut se faire par exemple grâce à un diviseur de tension composé
de 3 résistances placées en série entre Vcc et la masse ; SH et SB sont reliés aux points intermédiaires du
diviseur.
Si l'un de ces niveaux est dépassé, l'amplificateur opérationnel basculera son niveau de sortie dans un état
prédéfini.
L'état est prédéfini par le brochage de l'amplificateur opérationnel :

Si le montage est non inverseur : lorsque le point supérieur de basculement est atteint,
l'amplificateur opérationnel bascule son niveau de sortie dans un état haut et si le point inférieur
de basculement est atteint, son niveau de sortie est bas.

Si le montage est inverseur : lorsque le point supérieur de basculement est atteint, l'amplificateur
opérationnel bascule son niveau de sortie dans un état bas et si le point inférieur de basculent
est atteint, son niveau de sortie est haut.
La sortie peut prendre deux états : + Vsat et – Vsat.
L’entrée inverseuse peut donc prendre deux valeurs : Vsat R1/(R1 + R2) ou - Vsat R1/(R1 + R2)
Ce sont ces deux valeurs de la tension d’entrée qui peuvent annuler ε , donc provoquer le basculement
de la sortie.
Mise en équation
ε = e+ - e- = Vs . R1/(R1 + R2) – Ve
Si Vs = + Vsat, ε > 0 tant que Ve < Vsat R1/(R1 + R2) (Seuil positif)
Si Vs = - Vsat, ε < 0 tant que Ve > - Vsat R1/(R1 + R2) (Seuil négatif)
R1 R2 - + ve vs
Fonctionnement
L'idée fondamentale est de créer deux seuils de
basculement, l'un sur le front montant d'un
signal, l'autre sur le front descendant de ce
signal. l'instant t1, la tension présente à l'entrée
atteint le seuil de basculement VT+, la sortie
passe très rapidement du niveau logique L au
niveau logique H, bien que le seuil VT+ soit
franchi plusieurs fois au cours des oscillations
présentes à l'entrée du trigger.
Au cours du front descendant, c'est à l'instant t2 que le signal d'entrée franchit le seuil de basculement
VT- . La sortie passe alors très rapidement du niveau logique H au niveau logique L.
Les deux instants de basculement sont les deux instants où le signal franchit pour la première fois le seuil
considéré. Il est évident que plus la différence (VT+) - (VT-) est importante, plus ce circuit sera fiable et
insensible aux fluctuations parasites superposées au signal originel. Cet écart de tension entre les deux
seuils est appelé hystérésis. C'est une caractéristique propre à un trigger de Schmitt.
Fig.2 : Signaux à l’entrée et à la sortie d’un trigger de schmitt
La réaction positive pour une bascule de Schmitt renforce et maintien le niveau logique bas ou haut de
sortie, c'est à dire que tant que le niveau d'entrée n'atteint pas le seuil opposé, le niveau logique de sortie
restera toujours le même. Pour qu'il y ait un changement d'état, il faut que le point de basculement soit
atteint.

supposons qu'au départ, V soit à 0 ; Q est alors à 0 ;

quand V augmente, Q reste à 0 jusqu'à ce que V dépasse SH ; à ce moment, Q passe à 1 ;

Q reste à 1 jusqu'au moment où V devient inférieur à SB ; à ce moment, Q passe à 0;

Q reste à 0 jusqu'à ce que V repasse au-dessus de SH.
Fig.3 : Chronogramme
Etude des Astables
Les astables sont des circuits oscillant en permanence dont la sortie peut être utilisée comme : Signal
d’horloge dans les systèmes numériques. Ils peuvent être réalisés à partir de composants divers, en
fonction de la précision et de la stabilité voulue.
Le montage astable à 1 porte logique inverseuse à entrée Trigger
L’inverseur Trigger peut être obtenu à partir de portes logique ET-NON à entrée Trigger (exemple : le
circuit CMOS 4093) :
Schéma de l’astable à 1 porte logique Trigger inverseuse :
La porte logique Trigger est caractérisée
par ses 2 seuils de basculement :


le seuil bas VB
le seuil haut VH
Hypothèse d’étude et conditions initiales :

La porte logique est alimentée entre 0
et V
A t=0 le condensateur C est
totalement déchargé ( U (0)=0)
DD

C
Fig.4 : Chronogrammes des signaux U et U
C
S
Expression de tH et tB (pendant le régime établi) en fonction de R et C :
Vᴅᴅ−VB
tH =R.C Ln Vᴅᴅ−VH
VH
tB= R.C LnVB
Remarque : dans le dans particulier où les 2 seuils du trigger sont symétriques par rapport à
VDD/2 (par exemple : VDD=12V ; VH=VDD/2 + 3V = 9V ; et VB=VDD/2 – 3V = 6V) nous avons :



VH+VB=Vᴅᴅ
tH=tB=R.C.ln(VH/VB)
δ=0,5
Et dans ce cas la période du signal carré VS est alors :
T=2.R.C.Ln
VH
VB
Simulation sur Proteus
Applications
La principale application de la bascule de Schmitt est la mise en forme de signaux analogiques pour les
appliquer à des circuits logiques (par exemple une entrée de compteur). Cette utilisation est qualifiée
quelques fois de circuit « conformateur ».
La bascule de Schmitt peut aussi être utilisée pour :

débarrasser un signal du bruit ; il suffit que l'écart entre SH et SB soit supérieur à l'amplitude
crête-à-crête du signal ;

réaliser des circuits de contrôle avec hystérésis : thermostats, interrupteurs crépusculaires,
maintien du niveau dans une cuve...

le trigger de Schmitt est l'ancêtre des générateurs de musique et a été très longtemps utilisé pour
les appareils électroniques devant générer du son, comme les montres électroniques, les
sonneries des téléphones portables, les Game-Boy et consoles de jeux antérieures à la
génération 16-bit, les alarmes électroniques, les cartes de vœux parlantes, les boîtes à musique et
horloges électroniques, etc. Il ne pouvait générer que des signaux rectangulaires, appelés dans le
langage courant "sons électroniques", et ont été très longtemps associés aux jeux vidéo même
après que la bascule de Schmitt est tombée en désuétude pour ce type d'application. Le fameux
bip des premiers ordinateurs dans les années 1980 était un signal rectangulaire. On constate un
regain d’intérêt pour ce type d'oscillateurs parallèle à la mode récente des synthétiseurs
modulaires et autres instruments DIY. Les puces 4093 et 40106, portes logiques à base de
bascules de Schmitt sont largement utilisées pour construire des oscillateurs à signaux carrés.
Utilisation en électronique numérique
Symbole d'une porte Trigger de Schmitt :
Le dessin contenu dans le triangle représente le cycle d'hystérésis caractéristique de ces portes logiques :
Ces portes permettent de s'assurer de la stabilité d'un signal de sortie logique en fonction d'un signal
d'entrée analogique.
Conclusion
Les applications des bascules de Schmitt sont nombreuses et quelques-unes ont déjà été traitées. C'est le
cas lorsqu'il s'agit de débarrasser certains signaux rectangulaires de parasites ou d'améliorer des fronts
montants ou descendants qui varient trop lentement.