Un Pseudo-Monostable - Un Vrai Circuit Monostable 74C74 :
Cette pratique vous permet d'étudier
les circuits monostables. Ces derniers sont assez souvent utilisés dans la
conception de circuits numériques. Ces monostables relèvent à la fois de l'électronique
numérique et de l'électronique analogique.
Les bascules peuvent avoir deux états
stables et passer d'un état à l'autre grâce à une commande extérieure. Par
contre, le monostable est caractérisé par un seul état de stabilité.
Ce circuit monostable peut passer à
un état instable sous l'effet d'une commande extérieure. Il restera dans cet
état d'instabilité pendant une durée fonction des caractéristiques du
circuit, puis reviendra à l'état stable de départ.
Les circuits monostables intégrés
sont souvent utilisés pour augmenter la durée d'un signal bref, ou pour créer
une temporisation. Leur principe est basé sur une constante de temps réalisée
au moyen d'une cellule R.C. (résistance et
condensateur).
1. - PRÉPARATION DU MATÉRIEL
Dans cette pratique, vous utiliserez
les composants suivants, que vous prélèverez parmi le matériel en votre
possession :
1 circuit intégré MM 74C08
1 circuit intégré MM 74C04
1 circuit intégré MM 74C74
1 circuit intégré MM 74C221
1 circuit intégré CD 4528
1 circuit intégré MM 74C85
2 diodes 1N 4148
1 condensateur électrolytique
au tantale 0,33 µF - 10 V
1 condensateur électrolytique
au tantale 0,47 µF - 10 V
2 condensateurs électrolytiques
au tantale 1 µF - 10 V
1 condensateur électrolytique
au tantale 10 µF - 10 V
2 résistances de 1 MW
- 1 / 4 W tolérance ±
5 % (marron - noir - vert - or)
1 résistance de 2,2 MW
- 1 / 4 W tolérance ±
5 % (rouge - rouge - vert - or)
2 tresses de fil étamé isolé
(une rouge, une noire).
2. - PREMIÈRE EXPÉRIENCE : UTILISATION D'UN PSEUDO-MONOSTABLE POUR GÉNÉRER DES IMPULSIONS
DE DURÉE DONNÉE
Vous avez vu que le signal de
commande d'un circuit numérique peut être constitué par l'impulsion générée
par les boutons-poussoirs montés sur le pupitre.
La durée de ce signal de commande
correspond au temps pendant lequel le bouton-poussoir est enfoncé.
Ce type de signal de commande n'est
pas toujours approprié. En effet, certains circuits numériques nécessitent un
signal de commande de durée bien définie.
Les circuits intégrés monostables
sont utilisés dans ce but.
Vous allez maintenant examiner le
plus simple des circuits monostables appelé pseudo-monostable
car c'est un circuit monostable imparfait.
Commencez maintenant l'expérience
en effectuant le montage du circuit, en suivant les indications ci-après.
2. 1. - RÉALISATION DU CIRCUIT
a) Assurez-vous que
l'alimentation soit débranchée et enlevez de la matrice et du groupe de
connecteurs l'ensemble des liaisons établies précédemment ainsi que le
circuit intégré en ICX.
b) Réalisez le montage tel
qu'il est indiqué à la figure 1-a, en suivant les indications suivantes :
veillez à l'orientation correcte du circuit intégré
MM 74C04. Tous les circuits intégrés sont
repérés par une encoche ou un point comme représenté à la figure 2.
La broche 14 est reliée à la tension positive.
La broche 7 est reliée à la tension négative
(masse).
La résistance
R1 de
1 MW
1 / 4 W tolérance
5 %
(marron - noir - vert - or) est connectée entre la broche 1 et la masse.
Les broches 2 et 3 sont reliées entre elles.
La broche 4 est reliée au contact
L0
du
groupe de connecteurs.
Insérez sur la matrice le condensateur électrolytique
au tantale
C1 de
1 µF - 10 V entre la broche 1 du circuit intégré
et un contact situé à gauche du circuit intégré.
N'insérez pas pour l'instant le
deuxième condensateur figuré en pointillé.
Vous devez respecter la polarité de
C1. La borne positive est repérée par le signe (+)
comme indiqué sur la figure 3.
La connexion positive de
C1
est reliée à
SW0
par un fil de liaison, tandis que la connexion négative de C1 est reliée
à la broche 1 du circuit intégré MM
74C04.
Le montage terminé, vérifiez
l'exactitude des liaisons effectuées (figures 1-a et 1-b).
2. 2. - ESSAI DE FONCTIONNEMENT
a) Branchez l'alimentation.
La LED L0 est éteinte.
Si ce n'est pas le cas, vérifiez
avec attention l'ensemble du montage. Notez cependant qu'à la mise sous
tension, la LED peut s'allumer un bref
instant.
b) Mettez l'interrupteur
SW0
sur la position 1.
La LED
s'allume pendant 1 seconde environ pour s'éteindre
ensuite, l'interrupteur SW0 étant toujours
en position 1. Répétez l'expérience en
partant toujours de la position 0 pour
SW0.
La LED s'allume toujours pendant
1 seconde environ.
c) Commutez
SW0
sur la position 0. Mettez
SW0
sur la position 1 et ramenez
SW0
rapidement sur la position 0. La
LED
s'éteint dès que SW0 est ramené sur la
position 0, même si elle ne s'est pas allumée
pendant 1 seconde.
Ceci est la limite principale
d'utilisation du circuit. En effet, il est nécessaire que l'impulsion de
commande générée par SW0 dure au moins
aussi longtemps que la durée de l'impulsion de sortie.
Dans le cas contraire, l'impulsion
de sortie du circuit ne durera que le temps pendant lequel l'interrupteur est en
position 1.
De façon analogue, après être
revenu en position 0
pour SW0
en réduisant la durée de l'impulsion de sortie, vous remettez SW0
sur la position 1. Vous remarquez alors que
l'impulsion de sortie sera encore inférieure à 1
seconde.
d)Prenez
maintenant un autre condensateur électrolytique au tantale de 1
µF - 10 V (C2) et insérez-le en
respectant les polarités des bornes en parallèle avec le premier condensateur C1,
comme illustré à la figure 1-a en pointillé.
La capacité équivalente des deux
condensateurs est 2 µF.
e) Actionnez l'interrupteur
SW0.
Vous constatez que l'impulsion de sortie dure environ deux fois plus longtemps
que l'impulsion de sortie de l'essai précédent.
Donc la durée de l'impulsion
augmente avec la capacité.
f) Enlevez
C2,
inséré en dernier. Il ne reste que C1, de
valeur de 1 µF et remplacez la résistance
de 1 MW
(R1) par
une autre résistance de 2,2 MW.
Refaites l'essai. Vous constatez également
que la LED s'allume environ
2
secondes.
Une valeur approximative de cette
durée d'impulsion appelée T est donnée
par le produit RC.
T = RC
(T
en seconde,
R en Ohmet C
en Farad)
Avec un condensateur ayant une
capacité C = 1 µF = 1 x 10-6
F et une résistance
R = 1 MW
= 1 x 106 W
le temps T
est égal à :
T = 1 x 106
x 1 x 10-6 = 1 s
Cette valeur est celle obtenue expérimentalement
avec le montage. En fait, vous n'obtenez pas cette valeur exactement, car
beaucoup des caractéristiques des composants (résistance, capacité,
inverseur) ne sont pas prises en considération.
Dans le montage, vous avez utilisé
deux inverseurs alors qu'un seul aurait suffi pour l'essai du pseudo-monostable.
En fait, le deuxième
inverseur nous permet d'allumer la LED
durant l'impulsion de sortie. Les formes d'ondes reportées sur le schéma de la
figure 1-b représentent l'allure de la tension en différents
points du circuit, telle qu'elle apparaîtrait à l'oscilloscope.
La commutation de
SW0
en position 1 délivre une impulsion
positive sur le condensateur C1. A l'entrée
1 du schéma, il se produit également une
impulsion positive qui décroît progressivement. En sortie 2,
vous avez l'impulsion négative qui dure 1 seconde
(ou 2 secondes) et en sortie
4,
la même impulsion inversée.
3. - DEUXIÈME EXPÉRIENCE : EXAMEN
D'UN PSEUDO-MONOSTABLE COMMANDÉ PAR UN FRONT DESCENDANT
Le circuit relatif à cette expérience
est très semblable à celui réalisé auparavant, comme vous le constatez à la
figure 4.
Il en diffère uniquement par la résistance
R1, ici raccordée à la tension positive,
par l'absence du deuxième inverseur et enfin par l'inversion des bornes du
condensateur C1.
Vous allez effectuer le montage du
circuit à l'aide du schéma électrique et ensuite vérifiez le fonctionnement
en suivant la même procédure que dans l'expérience précédente.
Débranchez l'alimentation. Retirez
la borne de R1 reliée à la tension négative
et reliez-la à la tension positive. Vous raccordez la sortie 2
du premier inverseur au contact L0.
N'oubliez pas d'inverser le
condensateur C1.
Dans cette expérience,
SW0
sera en position initiale sur 1. Après
avoir vérifié l'exactitude du câblage, branchez l'alimentation et commutez SW0
en position 0. La
LED
L0 s'allume environ
1 seconde
avec R1 = 1 MW
et C1 = 1 µF
et environ 2 secondes avec
R1
= 2,2 MW
et C1 = 1 µF.
La seule différence par rapport à
l'expérience précédente est le fait que vous appliquez une impulsion négative
à l'entrée 1 de l'inverseur. Ce montage évite
l'emploi d'un deuxième inverseur.
4. - TROISIÈME EXPÉRIENCE
: EXAMEN D'UN VRAI
CIRCUIT MONOSTABLE
Les circuits pseudo-monostables vus
précédemment ne sont pas en mesure de fournir des impulsions de sorties plus
longues que l'impulsion de commande.
En utilisant une bascule
D
et la cellule comprenant une résistance, un condensateur et une diode, vous expérimentez
maintenant un vrai circuit monostable, la durée de l'impulsion en sortie n'étant
pas fonction de la durée de l'impulsion de commande.
b) Enlevez tous les
composants et les liaisons relatifs à l'expérience précédente.
c) Réalisez le montage
indiqué à la figure 5-a, à l'aide d'un circuit intégré MM
74C74 (comprenant deux bascules
D),
une résistance de 1 MW,
un condensateur de 1
µF et une diode de type 1N 4148.
N'omettez pas le circuit intégré
MM
74C00 dans le support IC1
(circuit anti-rebond).
Vous avez ainsi réalisé le circuit
schématisé à la figure 5-b.
L'entrée CLOCK
est reliée au contact P0.
La sortie Q
est reliée au contact L0.
4. 2. - ESSAI DE FONCTIONNEMENT
a) Branchez l'alimentation. L0
est éteinte ou reste allumée un bref instant avant de s'éteindre.
b) Appuyez sur le bouton
P0.
La LED L0 s'allume pendant
1
seconde. La sortie Q est donc
passée à l'état H durant
1 seconde.
c) Appuyez et relâchez immédiatement
P0. La
LED L0
s'allume toujours 1 seconde.
Il n'est donc plus nécessaire
d'appuyer sur P0 au-delà d'une seconde,
mais une brève impulsion est suffisante pour commander le circuit.
Examinons maintenant le
fonctionnement de ce circuit à l'aide de la figure 5-b.
Le front montant du signal d'horloge
permet le transfert de la donnée DATA à
1
en sortie Q.
Passe donc au niveau
L.
Le condensateur C se charge donc à travers
la résistance R. La tension présente à
l'entrée CLEAR diminue et quand cette
tension atteint un seuil assez bas, l'entrée CLEAR
est activée.
La sortie Q
passe à 0 et
à
1. Le temps nécessaire
pour activer CLEAR est fonction de la
constante de temps RC. Quand
est au niveau haut, la diode
D
est polarisée dans le sens direct et permet la décharge rapide du condensateur
C. L'entrée CLEAR retrouve le
potentiel initial à l'état haut.
Le circuit se retrouve dans les
conditions initiales de repos.
Vous essaierez de changer la valeur
de la résistance et du condensateur (mise en parallèle de condensateur et
aussi de résistance).
Le temps d'éclairement de la diode
L0
est toujours égal à environ la constante de temps RC.
En conclusion, le vrai circuit
monostable présente les caractéristiques suivantes :
il génère une impulsion de durée déterminée
chaque fois qu'un front montant est appliqué à l'entrée
CLOCK.
la durée de l'impulsion en sortie est fonction
uniquement des valeurs de
R et
C.
le
signal de
commande peut retomber immédiatement au niveau L
sans modifier la forme et la durée du signal de sortie.
Examen d'un Pseudo-monostable
veillez à l'orientation correcte du circuit intégré
MM 74C04. Tous les circuits intégrés sont
repérés par une encoche ou un point comme représenté à la figure 2.
.gif)
.
Passe donc au niveau
L.
Le condensateur C se charge donc à travers
la résistance R. La tension présente à
l'entrée CLEAR diminue et quand cette
tension atteint un seuil assez bas, l'entrée CLEAR
est activée.
Cliquez ici pour la leçon suivante ou dans le sommaire prévu à cet effet.
Haut de page
Page suivante