Le NE 555 Critique du montage Caractéristiques électriques

Cette petite bête de quelques francs permet de faire des monts et merveilles dans le domaine multivibrateur - monostable. 

Dans un premier temps, nous allons la décortiquer pour appréhender son fonctionnement, puis nous passerons en revue ses caractéristiques électriques en finissant par la présentation de son cousin: le 556.

 

  1)  Le 555 en chair et en os :

Nous allons recréer son anatomie en prenant le cas où il est monté en oscillateur astable.

En électronique, il est souvent nécessaire, particulièrement en logique, d'avoir recours à des signaux possédant des fronts raides. Il existe un élément capable de les fournir : une bascule RS  en figure 1.

 

Figure 1 : Bascule RS

Cette bascule devra voir ses deux entrées pilotées par des éléments qui devront donner une logique  

0 - 1 avec une tension et un courant débitable ne perturbant pas les circuits en amont. On aura alors recours à deux ampli opérationnels, qui présentent l'avantage de n'absorber aucune énergie en entrée (impédance de l'ordre de quelques mégohms) et qui possèdent une faible impédance de sortie (de l'ordre de l'ohm).

On rappelle brièvement le fonctionnement de l'AOP monté en comparateur (figure 2). Ce dernier, si la tension E- est supérieure à E+, donnera une tension nulle en sortie, d'où un 0 logique sur le pèse-signaux. Si par contre E+ est supérieure à E-, de l'ordre du mV, cette différence sera multipliée par le gain AV, de l'AOP en boucle ouverte (infini théoriquement).

 

Figure 2 : AOP en comparateur

En pratique, ceci ne veut rien dire car il est évident que ce dernier ne pourrait donner une tension de sortie supérieure à la tension d'alimentation. On obtiendra alors un 1 logique.

En amont de ces AOP sera monté un pont RC. On donne les deux courbes caractéristiques de ce circuit en figure 3.

 

Figure 3 : Montage d'un pont RC.

Dès que U aux bornes de C atteindra un seuil déterminé, donné par une tension de référence, il y aura basculement du comparateur H qui validera l'entrée Set de la bascule (sa sortie passera à 1). On déchargera ensuite le condensateur à travers une résistance (figure 4).

 

Figure 4 : Décharge à travers R.

Lors de la décharge, lorsque la tension atteindra un second seuil déterminé par une autre référence, le second AOP validera l'entrée Reset de la bascule. Sa sortie passera alors à 0. Ces deux références seront données par un pont de trois résistances montées en série entre le + de l'alimentation et la masse 

(figure 5).

 

Figure 5 : Etablissement de références.

Ces résistances ont des valeurs très précises de 5 kohms au 1/1000 près !   Les références seront 1/3 et 2/3 de U alimentation. On obtient alors le schéma de la figure 6.

 

Figure 6 : Structure.

On utilisera, pour court-circuiter le condensateur, un transistor en commutation (il sera alors assimilable à un interrupteur) (figure 7). Sur sa droite de charge se situent aux extrêmes les deux points de fonctionnement :
   - 1er cas : VCE = VCC,  IC = 0. Le transistor est bloqué.
   - 2ème cas: VCE = 0, IC n'est plus nul. Le transistor est saturé.

 

Figure 7 : Transistor de commutation

La base de ce dernier sera commandée par la sortie de la bascule J-K. Celle-ci, pour finir, pilotera une interface du type buffer inverseur qui, par sa constitution même, permettra de fournir ou d'absorber un courant de 200 mA.

On obtient en figure 8 le schéma complet de l'oscillateur astable.
 

 

Figure 8 : Schéma de l'oscillateur astable.

Quelques notes techniques :

On pourra, si l'on n'utilise pas le point « control voltage » (accès au point 2/3 de VCC), le relier à la masse par une capacité antiparasite de 10 nF. On reliera aussi 1a borne 4 de remise à zéro (RAZ) au point + de l'alimentation afin de la neutraliser. Dans le cas où cette borne est à la masse, la sortie 3 reste au niveau logique 0.

On peut résumer le fonctionnement à l'aide du synoptique de la figure 9. Le cycle se reproduira alors indéfiniment. On obtiendra effectivement un multivibrateur astable.

 

Figure 9 : Synoptique.

Période-calcul des valeurs (fig.10) :

- Charge du condensateur : elle s'effectue à travers Ra + Rb. La sortie sera haute pendant T1 = 0,693 (Ra + Rb).C  c'est-à-dire le temps pour que la tension aux bornes de la capacité passe de 1/3 à 2/3 de Vcc.

- Décharge du condensateur : elle s'effectue à travers Rb. La sortie sera basse pendant
T2 =  0,693 Rb C

Les deux expressions réunies nous donnent la période de l'oscillateur. 

Soit T = 0,693 (Ra + 2Rb) C.
    

On remarquera que les créneaux de sortie sont opposés par rapport à la sortie de Q, ceci étant dû à l'inverseur.

2) Critique du montage :

    On peut obtenir une stabilité en fréquence très satisfaisante : - Grâce au pont diviseur interne. En effet, les valeurs de références seront constantes car même si les résistances changent avec la température, elles varieront toutes les trois dans les mêmes proportions, car elles sont dans le même boîtier, donc toutes à la même température.

- D'autre part, pour conserver la précision, il faudra utiliser à l'extérieur un condensateur ayant de faibles pertes diélectriques, du type céramique, car en effet, lorsqu'une capacité travaille à fréquence élevée, elle s'échauffe.
 

- Il faudra aussi choisir des résistances assez précises et monter l’ensemble près du CI, de manière à éviter les fluctuations de température entre les deux parties.
 

- De plus, l’interface buffer inclus dans le CI permet de fournir un courant non négligeable de 0,2 A. Pour finir, si le CI est alimenté en 5 V, il sera compatible T.T.L.


3) Caractéristiques électriques :

Les valeurs physiques ainsi que le brochage, sont données en figure 10.

Paramètres	Conditons de mesure	SE555			NE555			Unités
		Min.	Typ.	Max.	Min.	Typ.	Max.
Tension d'alimentation		4,5		18	4,5		16	V
Courant d'alimentation	VCC=5. RL=infinie	3	5			3	16	mA
	VCC=15. RL=infinie		10	12		10	15	mA
	Etat bas, Note 1
Erreur sur la durée de la temporisation
(monostable)	RA=2k à 100kohms
Précision initiale	C=100nF, Note 2		0,5	2		1		%
Dérive avec la température			30	100		50		ppm/°C
Dérive avec la tension d'alimentation			0,05	0,2		0,1		%/Volt
Précision sur la fréquence en astable	RA, RB=2k à 100kohms
Précision initiale	C=100nF, Note 2
Dérive avec la température			1,5			2,25		%
Dérive avec la tension d'alimentation			90			150		ppm/°C
Tension			0,15			0,3		%/Volt
Seuil de basculement			2/3			2/3		X Vcc
Tension de déclenchement	Vcc=15V	4,8	5	5,2		5		V
	Vcc=5V	1,45	1,67	1,9		1,67		V
Courant de déclenchement			2,0			2,0		µA
Tension de RAZ (Note 4)		0,4	0,7	1,0	0,4	0,7	1,0	V
Courant de RAZ			0,1			0,1		mA
Courant de seuil	Note 3		0,1	0,25		0,1	0,25	µA
Tension de référence	Vcc 15V	9,6	10	10,4	9	10	11	V
	Vcc=5V	2,9	3,33	3,8	2,6	3,33	4	V
Tension de sortie au niveau bas	Vcc=15V
	I sink = 10 mA		0,1	0,15		0,1	0,25	V
	I sink = 50 mA		0,4	0,5		0,4	0,75	V
	I sink 100 mA		2,0	2,2		2,0	2,5	V
	i sink = 200 mA		2,5			2,5
	Vcc=5V
	I sink = 8 mA		0,1	0,25				V
	I sink = 5 mA					0,25	0,35
Tension de sortie au niveau haut
	I source = 200mA		12,5			12,5
	Vcc=15V
	I source=100mA
	Vcc=15V	13,0	13,3		12,75	13,3		V
	Vcc=5V	3,0	3,3		2,75	3,3		V
Tension de montée du signal de sortie			100			100		nsec
Temps de descente du signal de sortie			100			100		nsec
Limite du transistor de décharge			20	100		20	100	nA

 * I sink = courant injecté & I source = courant extrait.
Notes :
 1) Lorsque la sortie est à l'état haut, le courant d'alimentation est inférieur de 1mA aux valeurs spécifiées ci-dessus.
 2) Ce paramètre est testé pour Vcc=5V et Vcc=15V.
 3) Ce paramètre détermine la valeur maximale de la résistance du réseau RC extérieur. Pour une alimentation de 15V, la valeur maximale est de 2 M ohms.
 4) Spécifié avec entrée de déclenchement niveau haut.

 
Figure 10 : Brochage du NE555 V et T.

   Quelques mots sur le 556 :

Le 556 est un circuit dual in line - 14 broches contenant deux 555 indépendants. II présente les mêmes caractéristiques électriques. Son brochage est donné en figure 11.




Figure 11  : Brochage NE556A .