Étude du Fonctionnement d'un Oscillateur Asymétrique :
7. - CINQUIÈME EXPÉRIENCE : ÉTUDE DU FONCTIONNEMENT D'UN OSCILLATEUR ASYMÉTRIQUE
Au cours de la troisième
expérience, vous avez pu noter que le temps d'extinction et le temps d'éclairement
de la LED étaient identiques.
En effet, le signal de sortie de
l'oscillateur est un signal rectangulaire comme représenté à la figure
6. Sa période d'oscillation est de 1 seconde.
Ce signal rectangulaire est symétrique, étant à l'état haut 1
/ 2seconde et à l'état bas
1
/ 2 seconde également.
Il peut s'avérer utile d'obtenir un
signal asymétrique, c'est-à-dire dont les durées de l'état haut et de l'état
bas sont différentes.
Le temps d'éclairement de la
LED sera, par exemple, supérieur au temps d'extinction.
Dans cette expérience, le circuit réalisé
vous permet d'obtenir un tel signal asymétrique.
7. 1. - RÉALISATION DU CIRCUIT
a) Débranchez l'alimentation
et enlevez tous les composants et les liaisons relatifs au circuit réalisé précédemment.
b) Introduisez sur la matrice
un circuit intégré MM 74C14, un
condensateur électrolytique au tantale de1
µF - 10 V, en respectant les polarités, une résistance de 2,2
MW (rouge
- rouge - vert - or) et une de
470 kW
(jaune - violet -
jaune - or), dans les positions indiquées à la figure 14-a.
Enfin, effectuez les liaisons indiquées.
La figure 14-b représente le schéma
électrique du circuit réalisé.
7. 2. - ESSAI DE FONCTIONNEMENT
a) Branchez l'alimentation.
Le circuit se met à osciller avec une fréquence d'environ 1
Hz. En effet, la LED L0 s'allume
et s'éteint à cette même fréquence. Les temps d'extinction et d'éclairement
sont à peu près identiques, c'est-à-dire environ 1 /
2 seconde. Le signal de sortie est donc symétrique.
b) Débranchez
l'alimentation. Insérez sur la matrice une résistance de 100
kW
(marron - noir -
jaune - or) et deux diodes
D1 et
D2
de type 1N 4148. Vous modifiez ainsi le
circuit comme illustré à la figure 15-a. Le schéma électrique correspondant
est situé à la figure 15-b.
c) Branchez l'alimentation.
Le temps d'éclairement de la LED L0
est plus long que le temps d'extinction.
En effet, la
LED est allumée quand la sortie du circuit est à un niveau
H.
Ainsi, seule la diode D1 conduit tandis que
la diode D2 est polarisée en sens inverse
et se comporte comme un interrupteur ouvert.
Le fonctionnement du circuit est
alors équivalent à celui représenté à la figure 16-a : sa période
est d'environ 1 seconde, la sortie étant à
l'état H
environ 1
/ 2 seconde.
Par contre, quand la sortie passe au
niveau L, la diode
D2
conduit et la diode D1 polarisée en sens
inverse se comporte comme un interrupteur ouvert. Le circuit devient équivalent
à celui représenté à la figure 16-b. Durant cet intervalle de temps, la période
d'oscillation vaut environ 1 / 4 seconde.
La durée d'extinction de la
LED
vaut la moitié de cette période d'oscillation, soit 1
/ 8 seconde.
Dans ce montage, la somme des temps
de décharge et de charge du condensateur est différente selon que la sortie
est à l'état H ou à l'état
L
car les résistances en série avec les deux diodes sont différentes.
d) Débranchez l'alimentation
et interchangez les deux résistances.
e) Branchez l'alimentation.
Les durées d'allumage et d'extinction de la LED
sont inversées par rapport à celles observées précédemment.
f) Vous pouvez tester
plusieurs fois ce montage en modifiant les valeurs des résistances Ra
et Rb. Vous observerez les variations sur
les temps d'allumage et d'extinction, ainsi que leur périodicité.
Ce type de circuit générant un
signal dissymétrique peut être très utile.
Vous pouvez calculer la période
d'oscillation de la façon suivante :
temps pendant lequel la sortie
est à l'état H = 1,1 x Ra x C
temps pendant lequel la sortie
est à l'état L = 1,1 x Rb x C
période totale
T = 1,1 (Ra x C) + 1,1 (Rb x C) = 1,1 x (Ra + Rb) x C
Fréquence du signal :
8. - SIXIÈME EXPÉRIENCE : ESSAIS DE FONCTIONNEMENT DES
CIRCUITS LOGIQUES SYNCHRONES
Vous avez étudié la notion de
logique synchrone et la nécessité de disposer d'un signal d'horloge pour
commander au même moment plusieurs circuits.
Vous allez effectuer une expérience
simple qui vous aidera à mieux assimiler cette notion de logique synchrone.
Pour réaliser cette expérience,
vous utiliserez un nouveau circuit intégré : le MM
74C175 dont le schéma est reporté à la figure 17-a.
Ce circuit comprend quatre bascules
D
dont les entrées CLOCK et
CLEAR
sont communes.
La figure 17-b vous présente la
table de fonctionnement pour chaque bascules D.
Ces bascules sont activées par un front montant indiqué
et appliqué sur l'entrée CLOCK.
L'entrée CLEAR
est active au niveau L. Avec cette
condition, Q est à l'état
L
et
est à l'état H, indépendamment de l'état
logique des autres entrées (symbole X dans les colonnes
CLOCK
et D).
8. 1. - RÉALISATION DU CIRCUIT
a) Débranchez
l'alimentation, enlevez tous les composants et les liaisons relatifs à l'expérience
précédente.
b) Introduisez sur la matrice
le circuit intégré MM 74C175 en le
positionnant comme indiqué à la figure 18-a puis effectuez les liaisons indiquées.
Notez en particulier la liaison
entre les contacts COM1 et
1
Hz qui permet la mise en service du premier générateur d'horloge du
digilab.
Le circuit réalisé est représenté
à la figure 18-b.
L'entrée d'horloge commune aux
quatre bascules est reliée au contact CP1 où
arrive le signal d'horloge de 1
Hz.
La LED L7
permet de visualiser ce signal d'horloge.
Les entrées
D des bascules sont reliées aux interrupteurs
SW0,
SW1, SW2, SW3 et les sorties correspondantes aux
LED
L0, L1, L2, L3.
8. 2. - ESSAI DE FONCTIONNEMENT
a) Mettez les interrupteurs
sur la position 0.
b) Branchez l'alimentation.
Le générateur d'horloge fonctionne
et délivre un signal de fréquence 1 Hz
signalé par la LED L7. Les
LED L0, L1, L2 et L3
sont éteintes.
c) Observez les
LED
L3 et L7 et commutez
l'interrupteur SW3 sur la position 1.
La sortie Q
de la quatrième bascule passe à l'état H
et la LED L3 s'allume. Cette dernière ne
s'allume qu'au front montant d'horloge, signalé par l'allumage de L7.
En d'autres termes, vous observez
que les LED L3 et
L7 s'allument au même instant. La
LED L3
reste ensuite allumée car l'interrupteur SW3
est toujours sur la position 1.
d) Essayez les différentes
combinaisons réalisables avec les quatre interrupteurs.
Les LED
correspondant aux interrupteurs, en position 1
s'allument, celles correspondant aux interrupteurs, en position 0
s'éteignent, toujours à l'instant où la
LED L7 s'allume.
Ceci est un exemple de circuit
synchrone. C'est-à-dire que les quatre bascules ne prennent en compte simultanément
les quatre données présentes sur leur entrée qu'au moment déterminé par le
front ascendant de l'horloge.
Ainsi, le fonctionnement des quatre
bascules est synchronisé par un signal d'horloge.
De plus, les changements d'état
logique survenant à tout moment à l'entrée des bascules ne sont finalement
pris en compte qu'à un instant bien déterminé.
Ce type de circuit permet de
synchroniser différents événements qui peuvent arriver sur quatre entrées
logiques. C'est le cas avec quatre interrupteurs.
Dans la prochaine
pratique, vous l'équiperez d'une alimentation régulée et ferez de nouvelles
expériences de plus en plus intéressantes.
Essais de fonctionnement des Circuits Logiques Synchrones MM 74C175
et appliqué sur l'entrée CLOCK.
est à l'état H, indépendamment de l'état
logique des autres entrées (symbole X dans les colonnes
CLOCK
et D).
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