Réalisations didactiques et ludiques
Autour du "555"
Nous avons déjà vu plusieurs montages autour du 555, un circuit intégré "troisième âge", certes, mais toujours en pleine forme, et qui brille par sa simplicité de mise en oeuvre et son prix des plus modiques. On sait que ce petit circuit intégré DIL-8 est particulièrement à l'aise dans deux exercices: le montage en astable (multivibrateur, ou free-running en anglais) ou en monostable (one shot, disent les Anglo-saxons). Nous allons ici examiner tout cela de plus près...
Le brochage
| Pour mémoire, on trouvera ci-contre le brochage de la bestiole. La tension d'alimentation Vcc est comprise entre 4,5 V et 18 V. Les tensions de sortie, pour un niveau haut, sont assez voisines de Vcc, et pour un niveau bas, très voisines de 0 V. On se reportera à la data sheet pour les valeurs exactes, qui dépendent de Vcc et du courant débité. Ce courant de sortie peut atteindre 200 mA, de quoi illuminer plusieurs DEL ou attaquer un buzzer... | |
Le montage en monostable
Voici d'abord le montage le plus "basique" en monostable. Il est destiné à produire une temporisation (delay).
Dans cette configuration, le 555 délivre en sortie (broche 3) un signal noté Vout de niveau haut dont la durée t ne dépend que de R et C, selon la formule:
t = 1,1 (R C)
Cette temporisation de durée t est déclenchée lorsque la broche 2 est brièvement portée à l'état bas.
Dans l'exemple ci-dessus, on obtient une temporisation de 10 secondes, c'est-à-dire un niveau haut d'une durée de 10 secondes, avec une résistance R de 910 K et un condensateur de 10 µF. On peut envisager une durée de plusieurs heures! On se reportera à l'abaque pour trouver rapidement les valeurs de R et de C:
Il est à noter que ce monostable n'est pas redéclenchable: un nouveau déclenchement restera sans effet tant que la temporisation ne sera pas arrivée à son terme.
Ceci dit, revenons un instant sur l'action de déclenchement par elle-même.
Le déclenchement du monostable
Le déclenchement du monostable est réalisé, on l'a dit, en portant brièvement la broche 2 (TRIGGER) du 555 à l'état bas, c'est-à-dire à un potentiel compris entre 0 V (GND) et environ un tiers de Vcc. Ce signal de déclenchement peut être provoqué manuellement, à l'aide par exemple d'un bouton-poussoir, ou provenir d'un autre dispositif capable de délivrer un signal adéquat.
Les trois schémas ci-dessous montrent trois manières d'obtenir le signal de déclenchement. Ce qu'il faut retenir, c'est que dans le premier cas, l'impulsion de déclenchement devra obligatoirement être plus brève que le signal de sortie: tTRIGGER < tOUT, sans quoi la sortie restera haute tant que le signal de déclenchement sera bas. Dans les deux autres cas, cette limitation disparait.
Soit dit en passant, la durée minimale de l'impulsion de déclenchement sera de 2 µs pour le 555 en technologie bipolaire. Cette valeur correspond au paramètre "turn-off time" de la data sheet et implique une fréquence maximale de 500 kHz. Mais tout ceci reste un peu approximatif, car la valeur dite "typique" descend à 0,5 µs, d'où une fréquence avoisinant alors les 2 MHz... Ce point ne devient critique (et intéressant) que si on est amené à envisager une fréquence très élevée.
Le montage "en cascade"
Voici un montage permettant d'obtenir deux séquences de temporisation: le premier 555 (à gauche) déclenche le second au bout d'un temps déterminé. On pourra ici recourir au 556, qui comporte, rappelons-le, deux 555 indépendants dans un seul boîtier, d'où un gain de place.
Un monostable à modulation de période (pulse width modulator)
En mode monostable, la patte 5 (CONTROL VOLTAGE) du 555 permet de faire varier la largeur du signal de sortie, donc sa période, sous réserve que le monostable soit déclenché par un train continu d'impulsions. La période de Vout est alors inversement proportionnelle à la tension appliquée sur la patte 5.
Ce montage, dont l'utilité n'est pas flagrante, est donné ici à titre documentaire...
Un générateur de signaux en dents de scie (linear ramp)
Si, dans la configuration monostable, on remplace la résistance par une source de courant constant, on obtient en sortie un signal "en dents de scie" (linear ramp, en anglais). Il s'agit là encore d'un montage assez peu orthodoxe, recopié tel quel de la data sheet de STMicroelectronics, à toutes fins utiles...
Le montage en astable
Le 555 est tout indiqué pour réaliser très facilement une bascule astable, aussi appelée multivibrateur, c'est-à-dire un petit montage fournissant un signal rectangulaire périodique dont on peut définir avec une bonne précision la fréquence et le rapport cyclique (D).
Soit dit entre parenthèses, le "0,693" dans la formule qui donne la période, ainsi que les niveaux haut et bas, pourra sans grand inconvénient être remplacé par 0,7, surtout si on tient compte du fait que la précision des résistances sera de 5% et celle du condensateur... encore moins bonne, surtout si on utilise un électro-chimique...
Ce schéma, d'une grande simplicité comme on le voit, s'avère à l'usage fiable et performant, et qui plus est très peu onéreux. Seule restriction: la valeur totale de (R1 + R2) ne devra pas dépasser 3,5 Mohms avec Vcc=5 V et 20 Mohms avec Vcc=15 V. Ce qui, avouons-le, laisse de la marge...
Le montage en astable avec rapport cyclique de 50%
Dans le cas particulier où l'on souhaite un signal de sortie Vout dont le rapport cyclique est de 50% (signal symétrique), on choisira le montage suivant:
A noter que la valeur de R2, dans cette configuration, doit être inférieure à la moitié de la valeur de R1, faute de quoi le circuit n'oscillera pas. Les deux condensateurs de découplage s'avèrent ici indispensables, les valeurs données étant des valeurs minimales.
Un multivibrateur temporisé (tone burst generator)
Pour finir, un montage associant à la fois le monostable et le multivibrateur. Le schéma appelle peu de commentaires: le monostable détermine la durée de fonctionnement du mutivibrateur, via son entrée RESET. La sortie du multivibrateur attaque, au choix, un dispositif sonore, de visualisation, etc. On peut ainsi imaginer une "alarme" sonore et/ou visuelle qui se déclencherait à un moment précis et pour une durée déterminée.
Comme pour tous les autres schémas proposés, rien n'empêche de remplacer une ou plusieurs résistances par un ajustable, ou un dipôle résistance fixe + ajustable.