 Utilisation du C.I. LM 555 pour Réaliser un Multivibrateur Astable |
Générateur à Fréquence Variable |
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Étude du LM 555 pour Réaliser un Multivibrateur Astable :
4. - PREMIÈRE EXPÉRIENCE : EMPLOI DU LM 555 COMME MONOSTABLE
Associé à un réseau RC, le circuit LM 555 permet de réaliser un monostable dont la durée de l'impulsion sera en fonction de la constante de temps RC.
4. 1. - RÉALISATION DU CIRCUIT
a) Insérez sur la matrice le circuit intégré LM 555, le condensateur C1 de 0,01 µF, le condensateur électrolytique au tantale C2 de 1 µF et la résistance R1 de 1 MW comme illustré figure 8-a.
b) Effectuez les liaisons indiquées dans cette même figure.
Le schéma électrique du montage est donné figure 8-b.
4. 2. - ESSAI DE FONCTIONNEMENT
a) Mettez le Digilab sous tension.
b) Appuyez, puis relâchez immédiatement P0. Vous remarquez que la LED L0 s'allume pendant environ 1 seconde.
c) Si vous appuyez sur
P1
avant que la LED L0 ne soit
éteinte, vous
remarquez qu'elle s'éteint immédiatement. En effet, l'entrée
RESET reliée au contact
P1
se trouve activée.
d) Mettez le Digilab hors tension.
e) Remplacez le condensateur électrolytique de 1 µF - 12 V par un condensateur électrolytique de 10 µF - 12 V.
f) Remettez sous tension le Digilab.
g) Appuyez sur P0. Vous constatez que la LED L0 s'allume pendant 10 secondes, soit dix fois plus longtemps que lors de l'essai précédent.
h) L'essai est terminé, vous pouvez mettre le Digilab hors tension.
Pour analyser le fonctionnement de ce monostable, reportez-vous à la figure 9.
.gif)
Dans les conditions initiales de
repos, la sortie 
de la bascule est au niveau H
et le
transistor T1 conduit. Le condensateur
C2
est ainsi court-circuité et la tension à ses bornes est voisine de
zéro.
La sortie du buffer (broche 3) est au niveau L.
L'entrée (broche 2) du circuit intégré (entrée inverseuse du comparateur de déclenchement) est au niveau H, donc la sortie de ce comparateur est au niveau L puisque l'entrée non inverseuse est au potentiel 1 / 3 de Vcc, soit environ 1,67 volt.
Lorsque l'on appuie sur
P0,
l'entrée inverseuse de ce comparateur passe au niveau
L,
donc à un niveau de tension inférieure à celui de l'entrée non inverseuse.
La sortie du comparateur passe au niveau H.
La sortie
de la bascule passe donc au niveau L et la
sortie du buffer au niveau H, comme indiqué
figure 10-a.
Le transistor T1 se bloque et le condensateur C2 se charge à travers la résistance R1.
La figure 10-b représente la variation de la tension aux bornes de C2.
Cette tension est appliquée sur l'entrée non inverseuse du comparateur de seuil. La tension sur l'entrée inverseuse de ce comparateur a une valeur de : 2 / 3 x 5 = 3,33 volts.
Lorsque le potentiel sur la broche 6 dépasse cette tension de 3,33 volts, la sortie du comparateur passe au niveau H.
La sortie
de la bascule RS revient donc au niveau
H,
tandis que le transistor T1 se sature et
permet au condensateur C2 de se décharger
très rapidement.
Le cycle du monostable est ainsi terminé.
La durée de l'impulsion de sortie est directement proportionnelle au produit R1 x C2. Elle est égale à 1,1 x R1 x C2.
Dans le cas présent, nous avons :
T = 1,1 x R1 x C2 = 1,1 x 106 x 10-6 = 1,1 seconde
En appuyant sur le bouton P1, l'entrée RESET est activée et remet à zéro la bascule RS, ce qui interrompt la charge du condensateur si ce dernier était en phase de charge.
Si cette entrée de remise à zéro n'est pas utilisée, il est bon de la câbler à la tension Vcc, pour éviter que des parasites puissent modifier la durée de l'impulsion de sortie.
Le condensateur C1, relié à l'entrée inverseuse du comparateur de seuil, sert à éliminer d'éventuels parasites pouvant perturber le fonctionnement du circuit (condensateur de découplage).
5. - DEUXIÈME EXPÉRIENCE : UTILISATION
DU CIRCUIT INTÉGRÉ LM 555 POUR RÉALISER UN MULTIVIBRATEUR ASTABLE
Avec un nombre restreint de composants et de liaisons externes, le circuit intégré LM 555 peut fonctionner comme multivibrateur astable.
5. 1. - RÉALISATION DU CIRCUIT
a) Enlevez de la matrice les liaisons et les composants relatifs à l'expérience précédente, tout en laissant le LM 555 en place.
b) Insérez sur la matrice les deux condensateurs C1 de 0,01 µF et C2 de 1 µF et les deux résistances R1 de 47 kW et R2 de 120 kW dans la position indiquée figure 11-a.
c) Effectuez les raccordements illustrés dans cette même figure 11-a.
Le schéma électrique est donné figure 11-b.
5. 2. - ESSAI DE FONCTIONNEMENT
a) Mettez le Digilab sous tension. Vous observez que la LED L0 clignote à une fréquence de 5 Hz.
b) Mettez le Digilab hors tension.
Comme vous l'avez constaté, le circuit oscille librement et génère un signal rectangulaire. Afin d'analyser le fonctionnement de ce montage, observez le schéma électrique du circuit à la figure 12.
.gif)
Nous savons que la sortie
est au niveau L à la mise sous tension. Le
transistor est bloqué et le condensateur C2
se charge à travers R2
et R1.
Lorsque la tension aux bornes de
C2
atteint 2 / 3 Vcc, la sortie du comparateur
de seuil passe au niveau H et
passe au niveau H.
Le chronogramme de la figure 13 représente l'évolution des tensions aux bornes de C2 et en sortie de l'oscillateur.
Le transistor se sature, ce qui permet la décharge de C2 à travers R2 pendant le temps t2. Vous pouvez noter que dans le cas du monostable, la décharge du condensateur était pratiquement immédiate puisqu'il n'y avait pas de résistance.
Par ailleurs, dans le montage
oscillateur, l'entrée de déclenchement est reliée à l'entrée de seuil, donc
lorsque la tension aux bornes de C2 descend
en dessous de 1 / 3 Vcc, le comparateur de déclenchement
bascule et la sortie
retourne au niveau L.
Le transistor se bloque à nouveau et le condensateur C2 peut se recharger. Un nouveau cycle recommence. Comme l'indique la figure 13, la tension aux bornes de C2 varie alternativement entre 2 / 3 Vcc et 1 / 3 Vcc.
Le condensateur C2 se charge pendant le temps : t1 = 0,693 x (R1 + R2) x C2.
Il se décharge pendant le temps : t2 = 0,693 x R2 x C2.
La période T du signal rectangulaire vaut : T = t1 + t2 = 0,693 x (R1 + 2R2) x C2
Avec les valeurs expérimentales nous obtenons :
t1 = 0,693 x (47 x 103 + 120 x 103)
x 10-6 = 0,12 seconde
t2 = 0,693 x (120 x 103
x 10-6) = 0,08 seconde
T = 0,12 + 0,08 = 0,2 seconde
La fréquence vaut :
F = 1 / T = 1 / 0,2 = 5 Hz.
6. - TROISIÈME EXPÉRIENCE : GÉNÉRATEUR
DE SIGNAL RECTANGULAIRE A FRÉQUENCE VARIABLE
Tout en conservant le montage précédent, vous allez dans cette expérience réaliser un multivibrateur astable dont la fréquence d'oscillation peut varier à l'aide d'un potentiomètre.
6. 1. - RÉALISATION DU CIRCUIT
a) Retirez du montage seulement les résistances R1 et R2, la liaison avec la LED L0 et celle située entre la broche 3 du LM 555 et une extrémité de la résistance R2 de 120 kW. (Voir figure 14-a).
b) Complétez le circuit en insérant sur la matrice le potentiomètre de 10 kW, les deux nouvelles résistances R1 et R2 de 1 kW, le condensateur électrolytique au tantale C3 de 10 µF et le cordon du haut-parleur, ainsi que les nouvelles liaisons indiquées figure 14-a.
c) Introduisez la fiche jack mâle dans la prise SPK du Digilab.
Le schéma électrique du circuit réalisé est donné figure 14-b.
Vous remarquez que le haut-parleur est raccordé à la sortie du multivibrateur astable. Le signal électrique rectangulaire est donc traduit en signal acoustique par le haut-parleur.
6. 2. - ESSAI DE FONCTIONNEMENT
a) Mettez le Digilab sous tension. Vous entendez immédiatement un son dont la fréquence est fonction de la position du curseur sur le potentiomètre.
b) Tournez la vis du potentiomètre. Vous constatez que la fréquence du signal acoustique varie.
c) Mettez le Digilab hors tension.
La fréquence d'oscillation est comprise entre deux valeurs limites : la fréquence minimale et la fréquence maximale.
Pour calculer ces deux valeurs, il suffit d'utiliser la formule suivante :
En tournant la vis de réglage vers la droite à fond (P = 10 kW), il est possible d'obtenir la fréquence minimale, soit :
Inversement, en la tournant à fond vers la gauche, on obtient la fréquence maximale, soit :
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