Nous avons vu que les Multivibrateurs et les oscillateurs CMOS peuvent être facilement construits à partir de composants discrets pour produire des oscillateurs de relaxation pour générer des formes d’onde de sortie d’ondes carrées de base. Mais il existe également des circuits intégrés dédiés spécialement conçus pour produire avec précision la forme d’onde de sortie requise avec l’ajout de quelques composants de synchronisation supplémentaires.,
Un tel dispositif qui a été autour depuis les premiers jours de IC et est lui-même devenu quelque chose d’une « norme” de l’industrie est l’oscillateur de minuterie 555 qui est plus communément appelé la « minuterie 555”.
La minuterie basic 555 tire son nom du fait qu’il existe trois résistances 5kΩ connectées en interne qu’elle utilise pour générer les deux tensions de référence des comparateurs., Le 555 timer IC est un dispositif de synchronisation de précision très bon marché, populaire et utile qui peut agir comme une simple minuterie pour générer des impulsions simples ou de longs retards, ou comme un oscillateur de relaxation produisant une chaîne de formes d’onde stabilisées de cycles de service variables de 50 à 100%.,
La puce de minuterie 555 est un dispositif à 8 broches extrêmement robuste et stable qui peut être utilisé soit comme un multivibrateur Monostable, Bistable ou Astable très précis pour produire une variété d’applications telles que les temporisateurs à un coup ou à retard, la génération d’impulsions, les clignotants à LED et à lampe, les alarmes et la génération de tonalité, les horloges logiques, la division de fréquence, les alimentations et les convertisseurs, etc., en fait tout circuit qui nécessite une certaine forme de contrôle du temps car la liste est infinie.,
La seule puce de minuterie 555 dans sa forme de base est un mini dispositif bipolaire à 8 broches à double boîtier en ligne (DIP) composé de quelque 25 transistors, 2 diodes et environ 16 résistances disposées pour former deux comparateurs, une bascule et un étage de sortie à courant élevé, comme indiqué ci-dessous. En plus de la minuterie 555, il existe également l’oscillateur de minuterie NE556 qui combine DEUX 555 individuels dans un seul boîtier DIP à 14 broches et des versions CMOS de faible puissance de la minuterie 555 unique telles que les 7555 et LMC555 qui utilisent des transistors MOSFET à la place.,
Un « schéma fonctionnel” simplifié représentant les circuits internes de la minuterie 555 est donné ci-dessous avec une brève explication de chacune de ses broches de connexion pour aider à mieux comprendre son fonctionnement.
555 Minuterie Diagramme
- • Broche 1. – Masse, La broche de masse relie la minuterie 555 au rail d’alimentation négatif (0v).
- • Broche 2. – Trigger, L’entrée négative au comparateur No 1., Une impulsion négative sur cette broche » définit « la bascule interne lorsque la tension descend en dessous de 1/3Vcc, ce qui fait passer la sortie d’un état” BAS « à un état” ÉLEVÉ ».
- • Broche 3. – Sortie, la broche de sortie peut piloter n’importe quel circuit TTL et est capable de s’approvisionner ou de couler jusqu’à 200mA de courant à une tension de sortie égale à environ Vcc – 1.5 V, de sorte que les petits haut-parleurs, les LED ou les moteurs peuvent être connectés directement à la sortie.
- • Broche 4. – Reset, Cette broche est utilisée pour” réinitialiser » la bascule interne contrôlant l’état de la sortie, broche 3., Il s’agit d’une entrée active-low et est généralement connecté à un niveau logique « 1” lorsqu’il n’est pas utilisé pour empêcher toute réinitialisation indésirable de la sortie.
- • Broche 5. – Tension de contrôle, Cette broche contrôle la synchronisation du 555 en remplaçant le niveau 2/3Vcc du réseau de diviseur de tension. En appliquant une tension à cette broche, la largeur du signal de sortie peut être modifiée indépendamment du réseau de synchronisation RC. Lorsqu’il n’est pas utilisé, il est connecté à la terre via un condensateur 10nF pour éliminer tout bruit.
- • Broche 6. – Seuil, L’entrée positive au comparateur No 2., Cette broche est utilisée pour réinitialiser la bascule lorsque la tension qui lui est appliquée dépasse 2 / 3Vcc, ce qui fait passer la sortie de l’état « HAUT” à « BAS”. Cette broche se connecte directement au circuit de synchronisation RC.
- • Broche 7. – Décharge, La broche de décharge est connectée directement au collecteur d’un transistor NPN interne qui est utilisé pour « décharger” le condensateur de synchronisation à la terre lorsque la sortie à la broche 3 commute « BAS”.
- • Broche 8. – Alimentation + Vcc, c’est la broche d’alimentation et pour les minuteries à usage général TTL 555 est entre 4.5 V et 15V.,
Le nom des minuteries 555 vient du fait qu’il y a trois résistances 5kΩ connectées ensemble en interne produisant un réseau de diviseur de tension entre la tension d’alimentation à la broche 8 et la masse à la broche 1. La tension aux bornes de ce réseau résistif de série tient l’entrée inverseuse négative du comparateur deux à 2 / 3Vcc et l’entrée non inverseuse positive au comparateur un à 1/3Vcc.,
Les deux comparateurs produisent une tension de sortie dépendante de la différence de tension à leurs entrées qui est déterminée par l’action de charge et de décharge du réseau RC connecté à l’extérieur. Les sorties des deux comparateurs sont connectées aux deux entrées de la bascule qui à son tour produit une sortie de niveau « HAUT” ou « BAS” à Q en fonction des états de ses entrées. La sortie de la bascule est utilisée pour contrôler un étage de commutation de sortie à courant élevé pour entraîner la charge connectée produisant un niveau de tension « ÉLEVÉ” ou « BAS” au niveau de la broche de sortie.,
L’utilisation la plus courante de l’oscillateur à minuterie 555 est un simple oscillateur astable en connectant deux résistances et un condensateur à travers ses bornes pour générer un train d’impulsions fixe avec une période déterminée par la constante de temps du réseau RC. Mais la puce d’oscillateur de minuterie 555 peut également être connectée de différentes manières pour produire des multivibrateurs monostables ou bistables ainsi que le multivibrateur Astable plus commun.,
La Minuterie 555 Monostable
Le fonctionnement et la sortie de la minuterie 555 monostable sont exactement les mêmes que ceux de la minuterie transistorisée que nous examinons précédemment dans le tutoriel Multivibrateurs Monostables. La différence cette fois est que les deux transistors ont été remplacés par le dispositif de minuterie 555. Considérez le circuit monostable de la minuterie 555 ci-dessous.,
Minuteur Monostable 555
Lorsqu’une impulsion négative ( 0V ) est appliquée à l’entrée de déclenchement (broche 2) de l’oscillateur Monostable configuré 555 Timer, le comparateur interne (comparateur No1) détecte cette entrée et « définit” l’état de la bascule, changeant la sortie « État” BAS « à un état” ÉLEVÉ ». Cette action désactive à son tour le transistor de décharge connecté à la broche 7, supprimant ainsi le court-circuit à travers le condensateur de synchronisation externe, C1.,
Cette action permet au condensateur de synchronisation de commencer à se charger à travers la résistance, R1 jusqu’à ce que la tension aux bornes du condensateur atteigne la tension de seuil (broche 6) de 2/3Vcc configurée par le réseau de diviseur de tension interne. À ce stade, la sortie des comparateurs va « HAUT” et « réinitialise” la bascule à son état d’origine qui à son tour tourne « SUR” le transistor et décharge le condensateur à la terre par la broche 7. Cela amène la sortie à changer son état à la valeur « BASSE” stable d’origine en attendant une autre impulsion de déclenchement pour recommencer le processus de synchronisation., Ensuite, comme auparavant, le Multivibrateur monostable n’a qu ‘” UN » état stable.
Le circuit de minuterie Monostable 555 se déclenche sur une impulsion négative appliquée à la broche 2 et cette impulsion de déclenchement doit être beaucoup plus courte que la largeur d’impulsion de sortie, ce qui permet au condensateur de synchronisation de se charger puis de se décharger complètement. Une fois déclenché, le Monostable 555 restera dans cet état de sortie instable « ÉLEVÉ” jusqu’à ce que la période configurée par le réseau R1 x C1 soit écoulée. La durée pendant laquelle la tension de sortie reste « ÉLEVÉE” ou à un niveau logique « 1” est donnée par l’équation de la constante de temps suivante.,
Où t est en secondes, R en Ohms et C en Farads.
555 Minuteur Exemple No1
Un Minuteur 555 Monostable est nécessaire pour produire un délai dans un circuit. Si un condensateur de synchronisation 10uF est utilisé, calculez la valeur de la résistance requise pour produire un délai de sortie minimum de 500ms.
500ms équivaut à dire 0.,5s donc en réarrangeant la formule ci-dessus, nous obtenons la valeur calculée pour la résistance, R comme:
La valeur calculée pour la résistance de synchronisation requise pour produire la constante de temps requise de 500ms est donc de 45,5 KΩ. Cependant, la valeur de résistance de 45,5 KΩ n’existe pas en tant que résistance de valeur standard, nous devrions donc sélectionner la résistance de valeur préférée la plus proche de 47kΩ qui est disponible dans toutes les plages de tolérance standard de l’E12 (10%) à l’E96 (1%), nous donnant un nouveau délai recalculé de 517ms.,
Si cette différence de temps de 17 ms (500-517 ms) est inacceptable au lieu d’une seule résistance de synchronisation, deux résistances de valeur différentes pourraient être connectées ensemble en série pour ajuster la largeur d’impulsion à la valeur exacte souhaitée, ou une valeur de condensateur de synchronisation différente choisie.
Nous savons maintenant que le délai ou la largeur d’impulsion de sortie d’une minuterie 555 monostable est déterminée par la constante de temps du réseau RC connecté., Si de longs délais sont nécessaires dans les 10 secondes, il n’est pas toujours conseillé d’utiliser des condensateurs de synchronisation à haute valeur car ils peuvent être physiquement importants, coûteux et avoir de grandes tolérances de valeur, par exemple ±20%.
Une solution alternative consiste à utiliser un condensateur de synchronisation de petite valeur et une résistance de valeur beaucoup plus grande jusqu’à environ 20MΩ pour produire le délai requis., En outre, en utilisant un condensateur de synchronisation de valeur plus petite et différentes valeurs de résistance qui lui sont connectées via un commutateur rotatif multi-positions, nous pouvons produire un circuit d’oscillateur de minuterie Monostable 555 qui peut produire différentes largeurs d’impulsions à chaque rotation de commutateur, comme le circuit de minuterie monostable 555 commutable illustré ci-dessous.
Un Commutable 555 Timer
Nous pouvons calculer manuellement les valeurs de R et C pour les composants individuels comme nous l’avons fait dans l’exemple ci-dessus., Cependant, le choix des composants nécessaires pour obtenir le délai souhaité nous oblige à calculer avec kilohm (KΩ), Megaohm (MΩ), microfarad (µF) ou picafarad (pF) et il est très facile de se retrouver avec un délai qui est dépassé d’un facteur dix, voire cent.
Nous pouvons nous faciliter la vie en utilisant un type de graphique appelé « Nomographe” qui nous aidera à trouver les multivibrateurs monostables attendus en sortie de fréquence pour différentes combinaisons ou valeurs de R et C., Par exemple,
Nomographe monostable
Ainsi, en sélectionnant les valeurs appropriées de C et R dans les plages de 0,001 uF à 100uF et 1kΩ à 10MΩ respectivement, nous pouvons lire la fréquence de sortie attendue directement à partir du graphique En pratique, la valeur de la résistance de synchronisation pour une minuterie 555 monostable ne doit pas être inférieure à 1kΩ ou supérieure à 20MΩ.,
Minuterie Bistable 555
En plus de la configuration Monostable one shot 555 ci-dessus, nous pouvons également produire un dispositif Bistable (deux états stables) dont le fonctionnement et la sortie du 555 Bistable sont similaires à celui transistorisé que nous examinons précédemment dans le tutoriel Multivibrateurs Bistables.
Le 555 Bistable est l’un des circuits les plus simples que nous pouvons construire en utilisant la puce d’oscillateur de minuterie 555. Cette configuration bistable n’utilise aucun réseau de synchronisation RC pour produire une forme d’onde de sortie, de sorte qu’aucune équation n’est requise pour calculer la période du circuit., Considérez le circuit de minuterie Bistable 555 ci-dessous.
Bistable 555 Timer (flip-flop)
La commutation de la forme d’onde de sortie est obtenue en contrôlant les entrées trigger et reset de la minuterie 555 qui sont maintenues « HAUT” par les deux résistances pull-up, R1 et R2. En prenant l’entrée de déclenchement (broche 2)” LOW », commutez en position définie, changez l’état de sortie en état” HIGH « et en prenant l’entrée de réinitialisation (broche 4)” LOW », commutez en position de réinitialisation, changez la sortie en état” LOW ».,
Ce circuit de minuterie 555 restera dans l’un ou l’autre état indéfiniment et est donc bistable. Ensuite, la minuterie Bistable 555 est stable dans les deux états, « HAUT”et « BAS ». L’entrée de seuil (broche 6) est connectée à la terre pour s’assurer qu’elle ne peut pas réinitialiser le circuit bistable comme elle le ferait dans une application de synchronisation normale.
Sortie de minuterie 555
Nous ne pouvions pas terminer ce tutoriel de minuterie 555 sans discuter des capacités de commutation et d’entraînement de la minuterie 555 ou du double circuit intégré de minuterie 556.,
La sortie (broche 3) de la minuterie standard 555 ou de la minuterie 556, a la capacité de « Couler” ou de « Source” un courant de charge allant jusqu’à un maximum de 200mA, ce qui est suffisant pour entraîner directement les transducteurs de sortie tels que les relais, les lampes à incandescence, les moteurs à LED, ou les haut-parleurs, ,
Cette capacité de la minuterie 555 à » Couler « (absorber) et” Source » (alimentation) signifie que le dispositif de sortie peut être connecté entre la borne de sortie de la minuterie 555 et l’alimentation pour couler le courant de charge ou entre la borne de sortie et la masse pour alimenter le courant de charge. Exemple.
le Naufrage de l’Approvisionnement et de l’555 Minuterie de Sortie
Dans le premier circuit ci-dessus, la LED est connectée entre le positif rail d’alimentation ( +Vcc ) et la broche de sortie 3., Cela signifie que le courant va » couler « (absorber) ou s’écouler dans la borne de sortie de la minuterie 555 et que la LED sera” ALLUMÉE « lorsque la sortie est”FAIBLE ».
Le deuxième circuit ci-dessus montre que la LED est connectée entre la broche de sortie 3 et la masse ( 0v ). Cela signifie que le courant sera » Source « (alimentation) ou s’écoulera de la borne de sortie des minuteries 555 et que la LED sera” ALLUMÉE « lorsque la sortie est”ÉLEVÉE ».,
La capacité de la minuterie 555 à couler et à alimenter son courant de charge de sortie signifie que les deux LED peuvent être connectées à la borne de sortie en même temps, mais qu’une seule sera activée selon que l’état de sortie est « ÉLEVÉ” ou « FAIBLE”. Le circuit à gauche en montre un exemple. les deux LED seront alternativement activées « ON” et » OFF » en fonction de la sortie. Résistance, R est utilisé pour limiter le courant LED à moins de 20mA.,
Nous avons dit plus tôt que le courant de sortie maximum pour couler ou alimenter le courant de charge via la broche 3 est d’environ 200mA à la tension d’alimentation maximale, et cette valeur est plus que suffisante pour piloter ou commuter d’autres circuits intégrés logiques, LED ou petites lampes, etc. Mais que se passe-t-il si nous voulions commuter ou contrôler des appareils de plus grande puissance tels que des moteurs, des électroaimants, des relais ou des haut-parleurs. Ensuite, nous aurions besoin d’utiliser un transistor pour amplifier la sortie des minuteries 555 afin de fournir une puissance suffisamment élevée pour entraîner la charge.,
555 Timer Transistor Driver
Le transistor dans les deux exemples ci-dessus, peut être remplacé par un dispositif MOSFET de puissance ou un transistor Darlington si le courant de charge est élevé. Lors de l’utilisation d’une charge inductive telle qu’un moteur, un relais ou un électroaimant, il est conseillé de connecter une diode à roue libre (ou à volant) directement à travers les bornes de charge pour absorber les tensions emf arrière générées par le dispositif inductif lorsqu’il change d’état.
Jusqu’à présent, nous avons envisagé d’utiliser la minuterie 555 pour générer des impulsions de sortie monostables et bistables., Dans le prochain tutoriel sur la génération de formes d’onde, nous examinerons la connexion du 555 dans une configuration multivibrateur astable. Lorsqu’il est utilisé en mode astable, la fréquence et le rapport cyclique de la forme d’onde de sortie peuvent être contrôlés avec précision pour produire un générateur de forme d’onde très polyvalent.
