Les circuits intégrés analogiques : Les temporisateurs - Quiz
Les temporisateurs
Un temporisateur est un circuit électronique capable de produire un délai, une impulsion ou un signal périodique. Il permet de contrôler la durée d'une action, de créer une temporisation ou de générer des oscillations utilisées dans de nombreux appareils électroniques.
Les temporisateurs sont présents dans les systèmes d'alarme, les feux de signalisation, les jouets électroniques, les appareils ménagers, les systèmes automobiles, les montages de laboratoire et de nombreux circuits numériques.
Le circuit intégré le plus célèbre est le NE555, souvent appelé simplement 555. Créé en 1971, il est devenu l'un des circuits intégrés les plus utilisés au monde grâce à sa simplicité, sa fiabilité et son faible coût.
Le principe de fonctionnement
Le NE555 mesure en permanence la tension présente sur un condensateur. En fonction de cette tension, il commande automatiquement sa sortie afin de produire un délai ou un signal périodique.
À l'intérieur du circuit se trouvent plusieurs éléments électroniques travaillant ensemble :
- deux comparateurs de tension ;
- une bascule mémoire (flip-flop) ;
- un transistor de décharge ;
- un étage de sortie capable de commander différents circuits.
Les comparateurs surveillent la charge et la décharge du condensateur. Lorsque certains seuils sont atteints, ils modifient automatiquement l'état de la sortie.
Les broches du NE555
Le NE555 est généralement présenté dans un boîtier à huit broches.
- 1 : masse (GND) ;
- 2 : déclenchement (Trigger) ;
- 3 : sortie ;
- 4 : remise à zéro (Reset) ;
- 5 : tension de contrôle (Control Voltage) ;
- 6 : seuil (Threshold) ;
- 7 : décharge (Discharge) ;
- 8 : alimentation positive (VCC).
Dans de nombreux montages, la broche de contrôle est simplement reliée à la masse par un petit condensateur afin d'améliorer la stabilité du circuit.
La charge et la décharge du condensateur
Le fonctionnement du temporisateur repose principalement sur un condensateur et une ou plusieurs résistances.
Lorsque le condensateur se charge à travers une résistance, sa tension augmente progressivement.
Lorsqu'il se décharge, cette tension diminue progressivement.
Le NE555 surveille continuellement cette évolution et change automatiquement l'état de sa sortie lorsque certains seuils sont atteints.
La durée de la temporisation dépend principalement des valeurs des résistances et du condensateur utilisés.
Le mode monostable
En mode monostable, le temporisateur possède un seul état stable.
Lorsqu'une impulsion est appliquée sur l'entrée de déclenchement, la sortie passe immédiatement à l'état haut pendant une durée déterminée.
Une fois cette durée écoulée, la sortie revient automatiquement à son état initial.
Ce fonctionnement permet par exemple d'allumer automatiquement un éclairage pendant quelques minutes après l'appui sur un bouton, de produire une impulsion de durée précise ou d'éviter les rebonds d'un interrupteur mécanique.
T ≈ 1,1 × R × C
où T est la durée en secondes, R la résistance en ohms et C la capacité du condensateur en farads.
Le mode astable
En mode astable, le temporisateur ne possède aucun état stable.
Le condensateur se charge puis se décharge continuellement. La sortie bascule automatiquement entre l'état haut et l'état bas, produisant ainsi un signal périodique de forme rectangulaire.
Ce montage est utilisé pour faire clignoter une LED, produire une horloge électronique, générer une tonalité sonore ou créer des impulsions destinées à d'autres circuits.
La fréquence obtenue dépend des résistances et du condensateur utilisés.
Le mode bistable
Le mode bistable permet au temporisateur de fonctionner comme une mémoire simple.
Deux commandes distinctes permettent de faire passer la sortie d'un état à l'autre, où elle reste jusqu'à la commande suivante.
Ce fonctionnement est utilisé pour réaliser un interrupteur électronique commandé par un simple bouton poussoir ou pour mémoriser temporairement un état logique.
Le rapport cyclique
En mode astable, la sortie reste une partie du temps à l'état haut et une autre partie à l'état bas.
Le rapport cyclique correspond au pourcentage de temps pendant lequel la sortie reste à l'état haut durant une période complète.
En modifiant les résistances du montage, il est possible de produire des impulsions très courtes, des impulsions longues ou un signal presque parfaitement symétrique.
Le rapport cyclique est notamment utilisé pour commander la luminosité des LED, la vitesse des moteurs électriques ou la puissance transmise à certains appareils électroniques.
La modulation de largeur d'impulsion
La modulation de largeur d'impulsion, souvent appelée PWM (Pulse Width Modulation), consiste à faire varier le rapport cyclique d'un signal tout en conservant une fréquence presque constante.
Lorsque le rapport cyclique augmente, la puissance moyenne transmise au récepteur augmente également.
Cette technique est largement utilisée pour régler la vitesse des moteurs à courant continu, faire varier l'intensité lumineuse des LED ou contrôler certains systèmes de chauffage.
Les applications des temporisateurs
Les temporisateurs sont employés dans une grande variété de circuits électroniques.
Ils permettent de créer des délais d'allumage, des minuteries, des alarmes, des clignotants, des générateurs d'horloge, des avertisseurs sonores, des commandes automatiques, des détecteurs de présence ou encore des systèmes de contrôle industriels.
Dans certains montages, plusieurs temporisateurs sont associés afin d'obtenir des séquences de fonctionnement plus complexes.
Les différentes versions du 555
Le NE555 est la version bipolaire historique, capable de fournir un courant relativement important en sortie.
Les versions TLC555, LMC555 et d'autres modèles CMOS consomment beaucoup moins d'énergie, fonctionnent avec des tensions plus faibles et sont particulièrement adaptées aux appareils alimentés par batterie.
Il existe également des circuits regroupant deux temporisateurs (556) ou quatre temporisateurs dans un même boîtier afin de réduire l'encombrement des montages électroniques.