MONOSTABLE et ASTABLE

1. Introduction

1.1 Le fonctionnement

1.1.1 Un monostable est une structure qui, en sortie, possède deux états complémentaires l'un de l'autre :

Un état stable, ou état de repos ;

Un état ne pouvant être occupé que momentanément, ou état pseudo stable.

Le passage vers l'état pseudo-stable nécessite une excitation appropriée à l'entrée du monostable. Au bout d'un temps réglable par l'utilisateur, la sortie retourne à son état stable.

1.1.2 Le terme astable désigne une structure ne possédant pas d'état stable, c'est à dire, un oscillateur : le signal délivré oscille continuellement d'un état à l'autre sans jamais se stabiliser ; on parle également de multivibrateur astable.

Remarque : il existe également des circuits bistables : ils possèdent deux états stables ; ce sont les bascules.

1.2 Exemple de chronogrammes de fonctionnement

1.2.1 Cas du monostable

1.2.2 Cas de l'astable

1.3 Représentation

1.3.1 Cas du monostable

Remarque : la présence du "1" désigne un monostable qui ne peut être déclenché qu'une seule fois; il s'appellera monostable non redéclenchable. En son absence, il s'agit donc d'un monostable redéclenchable.

1.3.2 Cas de l'astable

2. Exemples d'utilisation en électronique

2.1 Le monostable

Mise en forme d'impulsions brèves.

Exemple : compter le nombre de pièces sur une chaîne de fabrication dotée d'un capteur inductif : si le passage est trop rapide, l'impulsion risque d'être trop brève pour être prise en compte; on ajoute alors un monostable pour allonger la durée de l'impulsion.

2.2 L'astable

Rythmer le fonctionnement des circuits électroniques séquentiels : génération d'un signal d'horloge (rôle identique à celui d'un GBF).

3. Réalisations structurelles

II existe de nombreuses possibilités pour réaliser un monostable ou un astable; parmi celles-ci, on trouve principalement les structures suivantes :

• Association de portes logiques, de résistances et d'un condensateur;

• Association d'un AIL, de résistances et d'un condensateur;

• Utilisation d'un circuit intégré spécialisé associé à des résistances et un condensateur (voir documentations techniques).

3.1 ASTABLE et MONOSTABLE : Circuit intégré NE555

Le circuit NE555 est un circuit spécialisé dans la production de signaux.

II permet la réalisation de temporisation allant de quelques microsecondes à quelques secondes.

Selon le câblage effectué, on pourra l'utiliser aussi bien en astable qu'en monostable.

3.1.1 On désire utiliser le même circuit en astable :

Effectuer le câblage du circuit de manière à l'utiliser en astable.

Pour ce type de structure : t₁ = 0,7 (R_A + R_B) C = t_h = temps état haut.

t₂ = 0,7 R_B C = t_b = temps état bas.

Dimensionner R_A, R_B et C de manière à obtenir en sortie un signal périodique de fréquence 1 KHz et de rapport cyclique 0,80. Rappeler la relation liant la fréquence de sortie aux valeurs des composants.

On fixe : C=

3.1.2 On désire utiliser le même circuit en monostable :

Effectuer le câblage du circuit de manière à l'utiliser en monostable.

Dans ce mode : T = 1,1 R C

Dimensionner R et C de manière à obtenir une impulsion de durée 200 ms en sortie.

On fixe : C=

3.2 ASTABLE : Oscillateur à Trigger de Schmitt

La structure proposée ci-contre est constituée d’éléments passifs (R et C) et de 2 portes «Trigger» de technologie CMOS dont les seuils de basculement sont : V_IH = 2,9V; V_IL = 2,2V.

On considère qu'à l'origine des temps, le condensateur C est déchargé Les portes CMOS sont alimentées en +5V.

a. Quelle est la valeur initiale de la tension de sortie Vs ?

b. Avec R = 10 kðW et C = 22 nF, calculer la constante de temps ðt.

c. Compléter les chronogrammes ci-dessous :

d. Donner la relation liant la constante de temps ðt à la période de U.

3.3 ASTABLE : à Amplificateur Intégré Linéaire

La structure ci-contre est réalisée autour d'un A.I.L. fonctionnant en régime de commutation.

Il est alimenté symétriquement en +/- 15V et est considéré parfait.

R1 = 10kðW ; R2 = 2,2kðW ; R3 = 4, 7 kðW C=47nF

A l'origine, C est déchargé : U_C1 = 0V.

1. Compléter les chronogrammes ci-dessous en précisant les valeurs particulières.

b. Donner la relation liant la constante de temps de la structure à la fréquence du signal VS.

3.4 MONOSTABLE : à portes logiques CMOS

a. Compléter les chronogrammes de la structure ci-dessous :

P1, P2 : portes logiques ET-NON de technologie CMOS ; Alimentation : Vcc = +10V.

Seuil de portes : Vcc/2

R=220kðW ; C = 1 nF

Conditions initiales : U_C = 0V ; V_R = OV ; V_S = Vcc

b. Donner la relation qui lie la largeur d'impulsion (t_w) de V_S aux éléments de la structure.

3.5 MONOSTABLE : Circuit spécialisé 74121

On désire réaliser un monostable à l'aide du circuit spécialisé 74221. La documentation constructeur du circuit est disponible dans le « MEMOTECH Electronique ».

La durée de l'impulsion de sortie doit être de 100ms (+/- 5%).

Travail à faire :

• donner le schéma structurel,

• dimensionner tous les composants,

• proposer les chronogrammes des signaux d'entrée et de sortie.