Multivibrateurs à Tubes Électroniques - Monostable ... :
5. - MULTIVIBRATEUR MONOSTABLE
Le multivibrateur monostable,
parfois appelé FLIP-FLOP ou UNIVIBRATEUR, présente un
état stable
et un
état instable.
Une impulsion de déclenchement fait
basculer le montage dans l'état instable. Ensuite,
le
montage revient de lui-même à l'état stable.
5. 1. - MULTIVIBRATEUR MONOSTABLE À COUPLAGE CATHODIQUE
Ce montage, représenté figure 13
diffère du multivibrateur astable à couplage cathodique par deux points :
1°) La résistance de fuite de grille Rg2 est connectée entre la grille
de commande du tube V2 et la cathode du même tube (et non entre la grille et la masse).
2°) La résistance Rg1 qui détermine le potentiel de repos de la grille de V1,
reçoit des impulsions positives de déclenchement.
DÉMARRAGE DU SYSTÈME
Dès que la haute tension est
appliquée, les deux tubes V1 et V2 ont tendance à conduire.
Mais le condensateur C1 se charge à travers Ra1, la résistance équivalente
à Rg2 et à l'espace grille-cathode de V2 et Rk (voir le circuit de charge de C1
sur la figure 14).
Le courant de charge de ce
condensateur crée une tension positive aux bornes de Rg2.
La grille de V2
étant positive par rapport à la cathode, le tube V2 conduit au maximum.
Le courant anodique Ia2
crée dans Rk une tension positive telle, qu'elle suffit à maintenir bloqué le tube V1,
même lorsque la charge de C1 est terminée.
Dans ce type de montage, nous avons toujours, au départ, V2 conduisant au
maximum et V1 bloqué.
FONCTIONNEMENT DU MONTAGE
Les différentes formes d'ondes
relevées sur ce montage sont données figure 15.
Au temps t1,
une impulsion positive parvient sur la grille de commande du tube V1.
Le tube V1
se met à conduire et le courant anodique Ia1 provoque une chute de tension dans la résistance Ra1.
Cette variation négative est retransmise par le condensateur C1 sur la
grille de commande du tube V2.
Celui-ci se bloque et la tension
anodique Va2 remonte de la valeur Va2 mini à la valeur Vo.
De t1 à t2, le courant
Ia1 provoque une chute de tension dans la résistance Rk,
mais cette tension n'est pas assez importante pour provoquer le blocage de V1.
V1 conduisant,
le condensateur C1 peut se décharger à
travers sa résistance interne r
et la résistance Rg2
(figure 16).
Le courant de décharge Id
provoque aux bornes de la résistance Rg2 une tension négative suffisante pour maintenir le tube V2
bloqué.
Pendant la décharge, la tension Vg2
remonte lentement vers le potentiel 0, suivant la constante de temps du circuit de décharge.
A l'instant t2,
la tension Vg2 atteint le cut-off du tube V2 et le tube se met à conduire.
Le courant Ia2,
en traversant Rk provoque une tension Vk
très nettement supérieure à la tension de cut-off du tube V1.
Ce dernier se bloque et sa tension
anodique Va1 passe de Va1 mini à Vo.
Cette remontée ne se fait pas
instantanément, car en même temps, le condensateur C1 se charge à travers Ra1, Rg2 et Rk.
Le courant de charge maintient une
tension de forme exponentielle aux bornes de la résistance Ra1,
et provoque un petit pic positif sur la tension grille Vg2.
De t2 à
t3, le montage reste dans son état stable, c'est-à-dire :
V2 conduisant au maximum (Va2 = Va2 mini)
V1 bloqué par la tension Vk (Va1
= Vo)
C1 chargé à la haute tension.
A l'instant t3, une nouvelle impulsion positive sur la grille de V1,
vient faire basculer le montage et un nouveau cycle recommence.
5. 2. - AMÉLIORATION DU MONTAGE
La tension carrée recueillie sur
l'anode du tube V1 présente des défauts de forme (remontée exponentielle et pic en-dessous de la valeur Va1
mini).
Cette tension recueillie sur l'anode
de V2 est déjà plus acceptable, mais présente également des pics négatifs par rapport à la tension minimum dus à
l'augmentation du courant anodique, lorsque la tension grille Vg2 devient positive.
Comme dans les montages
multivibrateurs, ce défaut peut être atténué en plaçant
une résistance stoppeuse
entre la résistance Rg2
et la grille de commande du tube V2.
Cette résistance chute une partie
de la tension positive apparaissant sur la grille, et, par conséquent, l'augmentation du courant anodique est moins importante.
La résistance stoppeuse diminue le pic de la tension Va2, mais elle accentue
l'arrondi de la tension Va1.
En effet, la résistance est placée
en série dans le circuit de charge du condensateur C1. La constante de temps du circuit RC est donc
allongée et la remontée exponentielle se fait plus lentement.
Le signal exploité étant dans la
plupart des cas celui apparaissant sur l'anode de V2,
nous considérons le défaut apporté par la résistance stoppeuse sur le signal
d'anode de V1 comme négligeable.
La fréquence du multivibrateur est
très stable, car elle est asservie au signal d'entrée.
Seul le rapport cyclique de l'onde
carrée peut varier, car la remontée exponentielle de Vg2 coupe la ligne représentant la tension de cut-off sous un angle trop faible, ce
qui entraîne un déblocage de V2 avant ou après le temps normal.
Pour remédier à ce défaut, on
relie la résistance de grille Rg2 à la haute tension (ce mode de branchement a déjà été expliqué au cours de l'étude
du multivibrateur ABRAHAM BLOCH).
La figure 17 montre un
multivibrateur amélioré, doté d'une résistance stoppeuse et dont la résistance de grille Rg2 est reliée à la haute
tension.
5. 3. - COMMANDE DE L'UNIVIBRATEUR
a)Par
impulsions positives sur la grille deV1.
Ce mode de commande est la plus
employé ; c'est celui que nous avons vu au cours des explications
concernant le fonctionnement du multivibrateur monostable.
Les impulsions positives provoquent
le déblocage du tube V1 et par conséquent le basculement du montage de l'état stable à l'état instable.
b)par
impulsions négatives sur la grille de V2.
Lorsque l'on ne dispose que
d'impulsions négatives, celles-ci peuvent être appliquées sur la grille de
commande de V2 (figure 18).
Le fonctionnement du montage reste
identique à celui que nous venons d'exposer.
L'impulsion négative provoque une
diminution du courant Ia2, donc de la tension Vk.
Cette brusque diminution de Vk
débloque le tube V1 et autorise la décharge de C qui porte le tube V2 à l'interdiction.
c)PAR
IMPULSIONS NÉGATIVES SUR L'ANODE DE V1
Ce mode d'injection nécessite des
impulsions d'amplitude très importante.
Le signal négatif appliqué de cette façon fait diminuer la tension de Va1. Le
condensateur C transmet la variation sur la grille de V2 et le tube V2 se bloque. La tension Vk diminue et V1
se met à conduire.
Le condensateur C
peut se décharger à travers V1 et Rg2 et le courant de décharge maintient le tube V2
bloqué, jusqu'à ce que la tension Vg2 atteigne la tension de déblocage.
Dans la plupart des cas, le signal
appliqué au multivibrateur monostable est composé d'impulsions positives et négatives
(ces impulsions sont obtenues en appliquant une tension carrée à un circuit RC différentiateur).
La commande s'effectuant soit avec
des pics positifs, soit avec des pics négatifs, il est nécessaire d'éliminer les impulsions inutiles.
Pour cela, on utilise une diode
branchée de façon à ne laisser passer que les impulsions ayant la polarité désirée.
La figure 19 montre un univibrateur
commandé par les impulsions négatives sur l'anode de V1.
La diode D
bloque les impulsions positives et laisse passer les impulsions négatives.
Les montages que nous allons étudier
maintenant, ont deux états stables et ils sont essentiellement conçus pour
passer d'un état à un autre, lorsqu'on envoie une impulsion de commande sur
une entrée déterminée. Ce sont les multivibrateurs bistables.
6. 1. - MULTIVIBRATEUR BISTABLE DU TYPE "ECCLES JORDAN"
Le schéma d'un multivibrateur
bistable "ECCLES JORDAN" est donné figure 20.
Ce montage se déduit du
multivibrateur "ABRAHAM BLOCH" en remplaçant les deux condensateurs de liaison par des résistances.
Le nouveau circuit a maintenant deux
liaisons directes. C'est toujours un montage basculant (l'un des tubes est
conducteur tandis que l'autre est bloqué), mais du fait des liaisons directes,
l'un ou l'autre état se maintient indéfiniment, tant qu'aucune cause extérieure ne le modifie.
La commande est effectuée par des
impulsions positives appliquées simultanément, à travers C1 et C2, aux grilles de commande
des deux triodes.
FONCTIONNEMENT DU MONTAGE
Dès que l'on met le montage sous
tension, les deux tubes se mettent à conduire.
Malgré la symétrie des circuits,
les courants Ia1 et Ia2 ne sont pas parfaitement égaux.
Ces deux courants, en traversant Rk,
donnent une polarisation de cathode Vk commune aux deux tubes.
Les tensions de polarisation grille
des triodes sont données par les courants passant dans les ponts de résistances R1, Rg2 et R2, Rg1.
Ces tensions sont positives et dépendent
directement des valeurs prises par les tensions anodiques de chaque tube.
La tension grille du tube V1
est donnée par l'expression :
Nous remarquons immédiatement que
pour chaque tube, les tensions de grille et de cathode sont positives.
La tension positive sur la cathode
ayant le même effet qu'une tension négative sur la grille, nous pouvons écrire
que la tension de polarisation Vgo est égale à la différence entre Vk et Vg.
Pour le tube V1, nous obtenons Vgo1 = Vg1 - Vk et pour le
tube V2,Vgo2 = Vg2 - Vk.
Pour que les tubes fonctionnent dans
des conditions normales (Vgo négative ou au maximum égale à 0 volt), il faut que les
tensions de grille Vg1 et Vg2 soient moins élevées que la tension de cathode.
Supposons que Ia1
est plus grand que Ia2. Les chutes de
tensions dans les résistances Ra1 et Ra2, sont inégales et par conséquent Va1 est
plus faible que Va2.
Comme R1 = R2 et Rg1 = Rg2, les valeurs Vg1
et Vg2 ne sont plus égales et nous obtenons Vg1 plus grand que Vg2.
La polarisation du tube V1
(Vg1 - Vk) est plus faible que celle du tube V2 (Vg2 - Vk).
Il en résulte que la triode V1 conduit encore plus que V2.
Très rapidement et grâce à
l'effet cumulatif, le tube V1 conduira au maximum et V2 sera bloqué, (polarisation
en-dessous de la tension de cut-off.
Sans action extérieure, le système reste infiniment dans cet état stable.
Appliquons à l'entrée
E, une impulsion positive d'amplitude suffisante pour débloquer V2.
Cette impulsion arrive aussi sur la
grille de V1, mais comme ce tube conduit déjà,
elle ne provoque aucune réaction importante.
Par contre, l'impulsion débloque le
tube V2. Il en résulte une brusque diminution de la tension anodique Va2 et par
conséquent, une diminution de Vg1.
En même temps, le courant anodique Ia2
vient s'ajouter dans Rk, au courant anodique de V1, et la tension Vk augmente.
Ces deux effets conjugués font que
la tension de polarisation Vgo1 passe en-dessous de la tension de cut-off du tube V1.
En définitive, après l'impulsion
de déclenchement, nous obtenons V1 bloqué et V2 conduisant fortement.
Le montage reste dans cet état
stable jusqu'à ce qu'une nouvelle impulsion vienne débloquer le tube V1
et provoque un nouveau basculement qui ramène le multivibrateur à la position
de départ. La figure 21 montre les différentes formes de tensions que nous pouvons relever sur ce montage.
Nous notons l'apparition de pics sur
les tensions anodiques des deux tubes. Ils sont dus aux impulsions positives de
commande qui provoquent une sur conduction du tube qu'elles débloquent.
Le multivibrateur bistable que nous
venons d'étudier est commandé par des impulsions positives.
Il est aussi facile de piloter le
montage par des impulsions négatives appliquées sur les grilles de commande de tubes.
La première impulsion, au lieu de débloquer
le tube V2, on bloque le tube V1. La remontée du potentiel anodique Va1 se répercute
sur la grille de V2 qui se met à conduire.
Ce mode de commande est très utilisé
en pratique, car ces impulsions ne rendent pas la grille positive par rapport à
la cathode et par conséquent les petits pics, dus à la sur conduction des tubes au moment du déblocage, disparaissent.
Un autre procédé consiste à
envoyer les impulsions de commande (positives ou négatives) directement sur les
cathodes. Le fonctionnement est le même mais ce montage présente l'avantage de
n'utiliser qu'un seul condensateur d'entrée puisque les cathodes sont reliées entre elles.
Les deux condensateurs C3
et C4, de faibles valeurs (50 à 100 pF), montés en parallèle
sur R1 et R2, n'introduisent pas de constante de temps propre au circuit.
Ils ont pour rôle de transmettre
instantanément sur les grilles opposées, les variations de tension anodique et
favoriser ainsi les changements d'état du montage.
Le multivibrateur bistable du type
"ECCLES JORDAN" commandé par des impulsions négatives, délivre une tension carrée presque parfaite.
La fréquence du signal est
constante puisqu'elle dépend uniquement de la fréquence des impulsions de
commande et le rapport cyclique est égal à 1.
Si nous voulons obtenir une onde
carrée dissymétrique (rapport cyclique différent de
1), nous devons séparer les entrées sur les grilles de commande et
injecter deux trains d'impulsions de même fréquence mais présentant un décalage
constant dans le temps (figure 22).
Nous terminons ainsi nos leçons
d'explications des multivibrateurs astables, monostables et bistables concernant les tubes électroniques, et, nous allons continuer les multivibrateurs à base
de transistors.
Les multivibrateurs astables, monostables et bistables à base de transistors fonctionnent de la même façon
que les multivibrateurs astables, monostables et bistables à tubes électroniques
et ont le même rôle.
Multivibrateur Bistable à tubes électroniques "la Triode"
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