2. Logique Séquentielle

Royaume du Maroc
OFFICE DE LA FORMATION PROFESSIONNELLE ET DE LA PROMOTION DU TRAVAIL
Première Année
Programme de Formation des Techniciens Spécialisés en
Électronique
DIRECTION DE LA RECHERCHE ET INGENIERIE DE LA FORMATION
Novembre 1995
MODULE 05
Systèmes Logiques & Numériques
Résumé de Théorie
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TABLE DES MATIÈRES
2. LOGIQUE SÉQUENTIELLE 2-1
2.1 Introduction à la logique séquentielle 2-1
2.2 Les Familles Logiques 2-1
2.2.1 Fonctionnement TTL 2-1
2.2.2 Avantages et Inconvénients du Totem Pole 2-2
2.2.3 Impédances 2-3
2.2.4 Niveaux Logiques 2-4
2.2.5 Types de boîtier et gamme de température 2-4
2.2.6 Feuilles Caractéristiques TTL 2-5
2.2.7 Portes logiques à collecteur ouvert («open collector«) 2-6
2.2.8 TTL Schottky (74S) 2-8
2.2.9 TTL Low Power Schottky (74LS) 2-8
2.2.10 Famille CMOS 2-8
2.2.11 Niveaux logiques CMOS 2-9
2.3 Circuits à base de logique séquentielle 2-10
2.3.1 Les Bascules 2-10
2.3.2 Entrées asynchrones 2-13
2.3.3 Les Compteurs 2-13
2.3.4 Les Multivibrateurs 2-16
2.3.5 Analyse de Systèmes Numériques 2-16
2.4 Exercices 2-17

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Logique Séquentielle Page 2-1 OFPPT/TECCART
2. Logique Séquentielle
2.1 Introduction à la logique séquentielle
Ce module permet de développer et d’approfondir des compétences en logique
combinatoire et séquentielle. Jusqu’à présent, lors des analyses et des réalisations de
travaux pratiques, les composants étaient idéaux, mais la réalité est tout autre. Il est
nécessaire de consulter les fiches techniques du manufacturier afin de s’assurer que leurs
limites sont respectées. Pour ce faire, nous caractériserons les familles logiques TTL et
CMOS. L’analyse mathématique est un outil important pour la modélisation de nos
systèmes numériques. Il s’avère primordial de développer cet aspect d’analyse par la
conversion et les opérations arithmétiques dans les bases décimale, binaire, hexadécimale
et les codes BCD8421, ASCII ... À partir des schémas blocs et électriques, l’analyse des
circuits séquentiels terminera le module. Les éléments tels que les bascules, les
compteurs, les registres et les oscillateurs (astables et monostables) nécessitent une bonne
compréhension des chronogrammes de fonctionnement et l’utilisation constante des
caractéristiques du manufacturier.
2.2 Les Familles Logiques
2.2.1 Fonctionnement TTL
La famille TTL (Transistor-Transistor-Logic) est caractérisée par un transistor d’entrée à
émetteur multiple et de transistors de sortie formant une configuration dites «Totem
Pole». Tous les transistors fonctionnent suivant le régime de saturation-coupure.
VCC
A
BS
D1 D2
4k 1k6 130R
D3
Q3
Q4
Q2
1k
Émetteur 1
Émetteur 2
Base
Collecteur
Q1
Figure 2-1

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Logique Séquentielle Page 2-2 OFPPT/TECCART
Les transistors Q3 et Q4 forment le «Totem pole» de sortie. Q2 est le transistor qui active
cette sortie et Q1 est le transistor à émetteur multiple dont chacun des émetteurs est
comparable à une diode.
Le circuit de la Figure 2-1 accomplit une fonction NON-ET dont la partie ET est
accomplie par les deux émetteurs de Q1. Lorsqu’une des entrées A ou B (ou les 2) est à
un niveau logique 0, Q1 est à VCESAT (typiquement 0.2V) et cette tension apparaît à la
base de Q2, ce qui maintient ce dernier à coupure. Q2 étant à coupure, aucun courant ne
circule dans ce transistor, ce qui empêche REQ2 de chuter du potentiel et empêche Q4 de
conduire. Cependant, le potentiel retrouvé au collecteur de Q2 est suffisamment élevé
pour faire conduire Q3 et, ainsi, assurer un niveau logique 1 à la sortie.
Lorsque les entrées A et B sont toutes deux à un niveau logique 1, les jonctions base-
émetteur de Q1 ne conduisent pas. Cependant, la jonction base-collecteur de Q1 est
polarisée en direct, ce qui permet la polarisation du transistor de Q2. Q2 étant conducteur,
une tension d’environ 0.6V se retrouve aux bornes de la résistance de 1K, cette dernière
étant en parallèle avec la jonction base-émetteur de Q4. Le transistor Q4 conduit.
Lorsque le transistor Q2 est en conduction, on retrouve à son collecteur une tension de
0.8V; puisque la résistance de 1K chute 0.6V et que Q2 conduit, le VCE de ce dernier
chute à 0.2V., on retrouve donc un voltage de 0.8V à la base de Q3. Si on regarde, à la
sortie de la porte logique, on aperçoit que D3 est en série avec la jonction base-émetteur
de Q3. Il faut environ 1.4V à la base du transistor Q3 pour que celui-ci puisse conduire.
Cette tension étant égale à 0.8V, Q3 est bloqué. Un niveau bas apparaît à la sortie par
l’entremise de Q4.
2.2.2 Avantages et Inconvénients du Totem Pole
L’avantage d’une sortie «Totem Pole» est qu’il n’y a qu’un seul des deux transistos de
sortie qui fonctionne à la fois. Si le transistor du haut fonctionne, celui du bas est bloqué;
et l’inverse, si le transistor en bas fonctionne, celui du haut est bloqué. À la sortie,
l’impédance est toujours faible puisqu’un transistor en conduction a un Rth faible et est
toujours en parallèle avec un transistor bloqué qui a un Rth élevé.
Cependant, la sortie «Totem pole» engendre du bruit avec Vcc et le point commun pour la
raison suivante. En condition statique, l’un des transistors de sortie en «Totem» est saturé
tandis que l’autre est coupé. Lors d’une transition, les deux transistors passent par leur
région linéaire c’est-à-dire qu’ils sont tous les deux en partie sous tension pendant un
instant. Il s’en suit que les parasites sont induits sur les lignes d’alimentation. Pour
réduire les parasites, il est recommandé d’installer un condensateur de 0.01 F entre Vcc
et commun pour chaque groupe de huit circuits intégrés ou moins.

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Logique Séquentielle Page 2-3 OFPPT/TECCART
2.2.3 Impédances
Impédance d’entrée
VCC
A
B
4k
Q1
Figure 2-2
Zin = Impédance d’entrée vue par A ou B.
Zin = Résistance statique de la diode base-émetteur base de Q1+résistance de base,
divisée par 
Résistance statique: très faible valeur par rapport à la résistance de base.
Zin = Rb /   en commutation est très faible.
 in = Rb
Zin = 4K
Impédance de sortie
L’impédance de sortie a déjà été discutée à la section précédente.