Les multivibrateurs PDF

ELEF2/2CPI_C/Chapitre 2 Les multivibrateurs I. Objectifs : L’objectif principal de ce chapitre, est l'étude des circuits multivibrateurs. Cette étude vise à comprendre et à analyser le fonctionnement des circuits qui produisent des signaux périodiq...

ELEF2/2CPI_C/Chapitre 2 Les multivibrateurs I. Objectifs : L’objectif principal de ce chapitre, est l'étude des circuits multivibrateurs. Cette étude vise à comprendre et à analyser le fonctionnement des circuits qui produisent des signaux périodiques (multivibrateurs). A la fin de ce chapitre, vous serez capable de : 1. Comprendre les principes fondamentaux de fonctionnement des multivibrateurs : Comprendre les principes de base de l’oscillation à travers les composants utilisés, ainsi que les lois qui les régissent. 2. Étudier les Différents Types de Multivibrateurs : astables, monostables et bistables. L'objectif est de comprendre le fonctionnement spécifique de chacun d'entre eux. 3. Analyser les Comportements Temporels : Étudier les réponses temporelles des multivibrateurs, c'est-à-dire les variations de tension en fonction du temps. 4. Analyser les Comportements Fréquentiels : Examiner les caractéristiques de fréquence / période des signaux produits par les multivibrateurs. 5. Etablir les caractéristiques de sortie : Les multivibrateurs produisent des formes d'ondes spécifiques (par exemple, des signaux carrés, des signaux de dents de scie) avec des fréquences et des durées définies ( chronogrammes ). II. Introduction aux circuits multivibrateurs : Les multivibrateurs sont des circuits largement utilisé en électronique analogique et numérique pour générer des signaux d'horloge, des impulsions, des séquences de bits. Ils sont également connus sous le nom d'oscillateurs à seuil. Les multivibrateurs sont des circuits basés sur des éléments actifs tels que des transistors, des amplificateurs opérationnels ou des portes logiques. Ils sont largement utilisés dans de nombreuses applications, notamment en électronique, en télécommunications et dans les systèmes de commande, car ils fournissent des signaux réguliers et temporisés et permettent de synchroniser des composants ou des systèmes. Il existe trois types principaux de multivibrateurs : les multivibrateurs astables, les multivibrateurs bistables et les multivibrateurs monostables. I. Multivibrateurs astables : o Les multivibrateurs astables ont deux états instables. o Les multivibrateurs astables produisent en sortie, un signal périodique sous forme d'onde carrée ou d'impulsions continues. o Ils fonctionnent de manière autonome ; ils génèrent un signal de sortie sans aucune entrée externe. o Ces circuits sont souvent utilisés dans les oscillateurs, les compteurs, les générateurs de signaux, et d'autres applications où une séquence périodique est nécessaire. 1 ELEF2/2CPI_C/Chapitre 2 II. Multivibrateurs Monostables : o Les monostables présentent d'une part un état stable, dans lequel ils peuvent rester indéfiniment et, d'autre part, un état instable de durée déterminée T appelée : durée de l’état instable. o Ce passage de l'état stable à l'état instable se fait sous l'influence d'une impulsion appliquée sur l'entrée du circuit. La sortie revient à l'état stable lorsque la durée de l’état instable est écoulée. o Ces circuits sont utilisés dans des applications telles que la génération d’impulsions de brefs délais, la conversion de fréquence, les circuits de détection, les systèmes de déblocage de portes automatiques, et les circuits de temporisations, etc. 2. Multivibrateurs Bistables : o Un multivibrateur bistable, également connu sous le nom de bascule bistable ou flip- flop, est un circuit électronique qui a deux états stables distincts et, peut basculer entre eux, en réponse à un signal d'horloge ou à plusieurs signaux d'entrée. o Ces deux états stables sont souvent appelés l'état "SET" et l'état "RESET". Une fois dans l'un de ces états, le circuit reste dans cet état jusqu'à ce qu'un signal approprié soit appliqué pour provoquer un changement d'état. o Il existe plusieurs types de multivibrateurs bistables, les plus courants étant les bascules RS (Reset-Set), les bascules D (Data), les bascules JK et les bascules T (Toggle). 2 ELEF2/2CPI_C/Chapitre 2 Les bascules bistables sont largement utilisées dans les circuits numériques pour stocker des informations (fonction mémoire) et pour réaliser des opérations de séquencement et de synchronisation. Elles sont utilisées dans les systèmes numériques tels que les processeurs, les mémoires et d'autres composants numériques. III. Rôle des circuits RC dans le fonctionnement des multivibrateurs Dans les circuits multivibrateurs, les circuits RC sont utilisés pour déterminer les temporisations et les fréquences des oscillations, que ce soit pour générer des formes d'ondes carrées périodiques (multivibrateur astable) ou pour créer des impulsions temporisées (multivibrateur monostable). Expression générale de la charge ou de la décharge appliquée à (tension entre deux points) est donnée par : 3 ELEF2/2CPI_C/Chapitre 2 Exemple : On considère le circuit de charge suivant : On suppose que le condensateur est initialement chargé : VC (0 )= Uo < E. A l’instant t = to =0, on ferme l’interrupteur K, tracer les graphes de VC (t) et VR(t) : Solution : L’interrupteur K est fermé : Appliquons l’expression de la charge ou de la décharge à VC (t) : Graphes de VC (t) et VR(t) : Vc(t) est continue VR(t) est discontinue 4 ELEF2/2CPI_C/Chapitre 2 Appliquons l’expression de la charge ou de la décharge à VR (t ) III. Les multivibrateurs astables 1) Montage astable à amplificateur opérationnel : 5 ELEF2/2CPI_C/Chapitre 2 Ce montage est réalisé avec un trigger de Schmitt inverseur (R1, R2 , et l’AO) associé à un circuit de RC de charge/décharge. 6 ELEF2/2CPI_C/Chapitre 2 7 ELEF2/2CPI_C/Chapitre 2 Pour t > t3 Les chronogrammes Vc(t), Vs(t), V+(t): 8 ELEF2/2CPI_C/Chapitre 2 Calcul de la période T : 2) Montage astable à portes logiques Rappel : La porte logique en technologie CMOS: En entrée : 𝑉 o La tension d’entrée peut prendre des valeurs supérieures ou inférieures à 𝑉𝑡ℎ ≈ 𝐷𝐷 2 o L’état haut "1" correspond à Ve > Vth et l’état bas "0", il correspond à Ve < Vth. o L’impédance d’entrée de la porte logique en est très grande en CMOS (Ze →∞ et ie→0) En sortie : o La tension de sortie ne peut prendre que deux valeurs possibles 0 V ou VDD o L’état haut "1" correspond à Vs = VDD et l’état bas "0" à Vs = 0V. o Le courant de sortie de la porte logique est non négligeable. EXEMPLE / La caractéristique de transfert idéale de la porte logique inverseuse en CMOS 9 ELEF2/2CPI_C/Chapitre 2 Soit le montage standard d'astable à portes NAND. Le condensateur C est initialement déchargé. Fonctionnement : L'analyse du montage permet de déduire que : o Le basculement de l'astable est contrôlé par la tension V2. o Vc (0) = 0 ⇒ V2=0, Donc V2 = 0 ⇒ V3=VDD et V1=0. o Le condensateur C se charge exponentiellement de 0 à (V3-V1=VDD) à travers R selon l'équation : Pendant la charge du condensateur, la tension Vc arrivera au seuil de basculement de la porte NAND2 qui est VDD/2. o Tant que Vc(t)=V2 < VDD/2 ⇒ V3=VDD et V1=0 donc le C continue sa charge. o Dès que Vc(t)=V2 atteint (VDD/2), V3 bascule de VDD à 0 et V1 passe de 0 à VDD. A t = t1 : o Le condensateur C se décharge de VDD/2 à (V3-V1= -VDD) à travers la résistance R. o V2(t) va décroitre exponentiellement de sa valeur initiale (3 VDD/2) à sa valeur finale 0. o Lorsque V2 va atteindre le seuil de basculement de la porte NAND2 (VDD/2). V3 bascule de 0 à VDD et V1 passe de VDD à 0. 3 −(𝑡−𝑡 ) 𝑉𝑐(𝑡) = 2 𝑉𝐷𝐷 𝑒 𝜏 1 10 ELEF2/2CPI_C/Chapitre 2 A t = t2 : Lorsque V2 atteint (VDD/2), le condensateur C sera déchargé à la valeur : Vc(t)=V2-V1=(VDD/2)-VDD=(-VDD/2) o Le condensateur C se recharge de (-VDD/2) à (V3-V1=VDD) à travers la résistance R. o Tant que Vc(t)=V2(t)