Enoncé du TP (fichier PDF, 87 Ko)
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UNIVERSITÉ iup L A ROCHELL INSTITUT UNIVERSITAIRE PROFESSIONNALISE GENIE INFORMATIQUE E Travaux 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 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 V out (qui ne peut être que 0 ou Vcc) en fonction de V in , effectuez la manipulation suivante : voltmetre + − vers LED alimentation variable Cablez un inverseur 74LS14, en visualisant la sortie grâce à une LED. Branchez l’entrée de votre porte inverseuse 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 condensateur. 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. poussoir A du support d’experimentation R=5k oscilloscope 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 Y X C=1uF R=1,5k 1. relevez la fréquence et le rapport cyclique du signal 2. remplacez la capacité de 1F 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 10F. +Vcc poussoir A (0 actif) poussoir B (0 actif) 1 8 2 7 3 6 4 5 Ra + C sortie (LED) F IG . 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). Verification de tous les chronogrammes 1. Appliquez un signal de déclenchement. Examinez le signal de sortie. Mesurez la durée de l’impulsion tm . La durée de l’impulsion doit être de 1; 1 Ra C , verifiez. Tracez le chronogramme. 2. Appliquez maintenant deux signaux de déclenchement très rapprochés et déterminez si ce montage 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 t m . 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’oscillation peut toutefois se déterminer avec beaucoup plus de précision qu’avec le montage donné en 1.3. 2 Cablez le montage suivant, avec Ra=5K , Rb=10K et C=15nF. +Vcc 1 8 2 7 3 6 4 5 Ra Rb X + C sortie (LED) Y F IG . 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 tH de la période correspond à la charge de la capacité, à travers les resistances Ra et Rb en 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 à t L + 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 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 déterminer la période. +Vcc 1 8 2 7 3 6 4 5 Ra Rb 1N4148 X sortie (LED) + C Y F IG . 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 technique courament employée pour la commande d’un moteur continu. Un moteur en fonctionnement possède une impédance d’entrée proche d’une self, et à donc tendance à lisser le courant (comme une capacité 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 fonctionnement 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. +Vcc impulsions de déclenchement 1 8 2 7 3 6 4 5 Ra Rb 10K X sortie + 2N2907 C F IG . 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 R b est une résistance de protection, limitant le courant même si vous réglez R a = 0 . On fixera la valeur de Rb à 470 . 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) 4
