Multivibrateurs monostables (One-Shots) : Conception, temporisation et applications industrielles

Nous avons déjà rencontré un multivibrateur monostable en pratique : le détecteur d'impulsion à l'intérieur d'une bascule qui alimente momentanément le verrou pendant un front d'horloge.

Un détecteur d'impulsion est classé comme multivibrateur monostable car il n'a qu'un seul état de sortie stable. Dans cet état, le dispositif maintient sa sortie indéfiniment sans intervention externe.

Par contraste, un dispositif bistable tel qu'un verrou ou une bascule peut maintenir soit un état « set » soit un état « reset » pendant une durée arbitraire. Une fois positionné ou réinitialisé, il reste dans cet état jusqu'à ce qu'un signal externe force un changement.

Un dispositif monostable ne peut maintenir qu'un état particulier indéfiniment ; son autre état ne peut être maintenu que brièvement quand déclenché externement.

Une analogie mécanique courante est un bouton-poussoir à contact momentané qui revient à sa position normale une fois la force relâchée. Un interrupteur mural à bascule standard, en revanche, est bistable car il se verrouille soit en position on soit en position off.

Tous les multivibrateurs monostables sont des dispositifs chronométrés. Leur état de sortie instable dure pendant une durée minimale prédéterminée avant que le circuit ne revienne automatiquement à l'état stable.

Dans les circuits monostables à semi-conducteurs, la temporisation est réalisée à l'aide de résistances et condensateurs qui exploitent les caractéristiques exponentielles de charge et décharge des réseaux RC. Un comparateur mesure typiquement la tension du condensateur contre un niveau de référence, et sa sortie logique détermine l'état haut ou bas.

En logique d'échelle, les retards temporels sont implémentés avec des relais à retard temporel. Ceux-ci peuvent être construits avec des circuits RC comme décrit ci-dessus ou avec des dispositifs de retard mécaniques qui ralentissent le mouvement de l'armature du relais.

Ci-dessous est la représentation en logique d'échelle d'un détecteur d'impulsion de base. Peu importe combien de temps l'entrée reste haute, la sortie reste haute pendant exactement une seconde avant de revenir à l'état stable bas.

Dans de nombreuses applications, vous avez besoin d'un monostable qui produit une impulsion plus longue que l'entrée de déclenchement. Le circuit de logique d'échelle suivant démontre une sortie de 10 secondes qui démarre quand les contacts d'entrée se ferment et persiste 10 secondes après l'ouverture de l'entrée.

Cette configuration est connue sous le nom de one-shot (monocoup). Quand l'impulsion d'entrée se termine, le minuteur commence, et toute impulsion subséquente dans cette fenêtre de 10 secondes réinitialise simplement le minuteur, maintenant la sortie haute — une caractéristique d'un one-shot retriggerable (re-déclenchable).

Un one-shot retriggerable est particulièrement utile pour le débouncing (anti-rebond) d'un contact mécanique unique. La sortie reste haute malgré le rebond rapide on/off de l'entrée. Dans un anti-rebond pratique, la temporisation serait typiquement de quelques millisecondes plutôt que 10 secondes.

Que faire si vous voulez une impulsion de 10 secondes indépendamment du nombre d'impulsions d'entrée ? Dans ce cas, vous couplez un détecteur d'impulsion à un one-shot non-retriggerable, comme illustré ci-dessous.

Le premier relais à retard temporel (TD₁) énerge la seconde bobine de relais (TD₂) pendant au moins 0,5 s chaque fois que l'entrée s'active. Dès que TD₂ s'énergise, son contact normalement fermé à fermeture temporisée empêche toute nouvelle énerisation de la bobine pendant la période complète de 10 secondes, rendant le circuit non-retriggerable.

Les one-shots retriggerable et non-retriggerable sont largement utilisés dans l'industrie — par exemple, pour l'actionnement de sirènes, la séquençage de machines, et toute application où une entrée intermittente doit générer une impulsion de sortie de longueur fixe.

Révision

• Un multivibrateur monostable n'a qu'un seul état de sortie stable ; l'état alternatif ne peut être maintenu que temporairement.
• Les one-shots existent en deux formes : retriggerable et non-retriggerable.
• Les one-shots de courte durée sont idéaux pour le débouncing de commutateurs mécaniques.

Feuilles d'exercices connexes

• Feuille d'exercices sur les circuits minuteur – Multivibrateur monostable