Enoncé du TP (fichier PDF, 87 Ko)

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UNIVERSITÉ
iup
INSTITUT UNIVERSITAIRE PROFESSIONNALISE
GENIE INFORMATIQUE
Travaux Pratiques d’électronique numérique
7 : Astable et Monostable
cB. Besserer
année universitaire 2000-2001
1 Astable par charge et décharge de capacité
1.1 Rappels
Le circuit 74LS14 est un inverseur schmitt trigger, c’est-à-dire avec hystéresis. L’entrée du circuit
présente deux seuils de commutation distincts. Tracez la courbe. Si vous ne vous rapellez pas de cette
courbe caractéristique (qui ne peut être que 0 ou Vcc) en fonction de , effectuez la manipulation
suivante :
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 tension
jusqu’au point de commutation, relevez la valeur, augmentez encore jusqu’a 5V, puis diminuez la tension jusqu’a
0V. 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 en
mettant en oeuvre la manipulation suivante :
Cablez le circuit suivant en utilisant un poussoir anti-rebond. Attention, le condensateur électro-chimique est
un 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.
oscilloscope
poussoir A du support
d’experimentation
R=5k
C=10uF
Observez les signaux de chargeet de décharge sur l’oscilloscope, quidoit 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.
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X
Y
R=1,5k
C=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 de
fréquence 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 assujéti
aux niveaux logiques TTL. Il peut donc être alimenté sous des tensions diverses (5..18V). Nous allons
toutefois l’utiliser sous 5V.
Ce circuit est spécialement déstiné à la réalisation de monostables, temporisateur, oscillateurs et
clignotants 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 autre
état, 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 de
100K , la valeur de C de 10 F.
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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 base
de temps de l’ordre de la 1/2 seconde par division. L’idéal est une acquisition en mode single,avec
déclenchement 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-
pulsion . La durée de l’impulsiondoit être de ,verifiez. Tracez le chronogramme.
Verifica-
tion de
tous les
chrono-
grammes
2. Appliquez maintenant deux signaux de déclenchement très rapprochés et déterminez si ce mon-
tage se comporte en monostable redéclenchable ou non-redéclenchable retriggable. Tracez le
chronogramme.
3. Appuyez à présent sur le poussoir A durant un laps de temps supérieur à . Que constatez vous?
4. Le monostable réalisé sur la base du NE555 dispose d’un entrée de reset. Appuyez pendant un
court instant sur le poussoir A de déclenchement puis sur le poussoir B (reset). Que constatez
vous? Tracez le chronogramme.
5. Appuyez à présent sur le poussoir B durant une période assez longue, puis sur A pendant que
B est encore maintenu et relachez rapidement les deux poussoir. Que constatez vous? Tracez le
chronogramme.
2.2 Fonctionnement en astable
Comme pour le montage étudié en 1.3, l’astable organisé autour du NE555 ne possède pas d’état
stable et oscille. La fréquence d’oscillationpeut toutefois se déterminer avec beaucoupplus de précision
qu’avec le montage donné en 1.3.
2

Cablez le montage suivant, avec Ra=5K , Rb=10K et C=15nF.
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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 signaux
relevés au 1.3? Relevez la valeur des seuils de commutation. Ceux-ci doivent correspondre à 1/3
et à 2/3 de Vcc.
2. Relevez la fréquence ainsi que le rapport cyclique des signaux de sortie. Permutez les résistances
Ra 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 partie de la période correspondà la charge de la capacité, à travers les resistances Ra et Rb
en série. La formule donnée par le constructeur est :
.
correspond à la décharge de la capacité, par la broche de décharge (broche 6) via Rb seul :
La période t est égale à , se calcule donc par la formule :
.
(on trouve aussi, selon les sources, l’expression
Verifiez et comparez avec les valeurs relevés. Proposez des valeurs de resistance permettant un
rapport 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.
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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 pour Pulse Width Modulation) est une tech-
nique courament employée pourla 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, mais
en interrompant le passage du courant. Le moteur va lisser ce signal et le courant de fonctionnement au
niveau 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.
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sortie
Ra
Rb
C
+
X
+Vcc
impulsions de
déclenchement
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 résistance est
une résistance de protection, limitant le courant même si vous réglez . On fixera la valeur de
à . Vous devez alors calculer C pour avoir un fonctionnement correct, c’est-à-dire que la durée
maximale de l’impulsion doit être supérieure à la période du signal de déclenchement, que l’on fixera à
100 Hz.
Réalisez le montage et testez le fonctionnement : Le signal de sortie doit avoir un rapport cyclique
variant de 20% (largeur de l’impulsion de déclenchement) à 100% (signal continu). C’est votre GBF
qui fournira les impulsions (signal TTL, fréquence 100 Hz, rapport cyclique = 80%, pour avoir des
impulsions courtes)
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