555 Timer IC - Principe de fonctionnement, schéma fonctionnel, schémas de circuit

Dans ce didacticiel, nous apprendrons comment fonctionne le 555 Timer, l'un des circuits intégrés les plus populaires et les plus utilisés de tous les temps. Vous pouvez regarder la vidéo suivante ou lire le didacticiel écrit ci-dessous.

Aperçu

Le 555 Timer, conçu par Hans Camenzind en 1971, peut être trouvé dans de nombreux appareils électroniques, des jouets et des appareils de cuisine à même un vaisseau spatial. C'est un circuit intégré très stable qui peut produire des retards et des oscillations précis. Le 555 Timer a trois modes de fonctionnement, mode bistable, monostable et astable.

Comment ça marche, schéma interne et schéma fonctionnel

Examinons de plus près ce qu'il y a à l'intérieur du 555 Timer et expliquons comment cela fonctionne dans chacun des trois modes. Voici le schéma interne du 555 Timer qui se compose de 25 transistors, 2 diodes et 15 résistances.

Représenté par un schéma bloc il se compose de 2 comparateurs, une bascule, un diviseur de tension, un transistor de décharge et un étage de sortie.

Le diviseur de tension se compose de trois résistances identiques de 5k qui créent deux tensions de référence à 1/3 et 2/3 de la tension fournie, pouvant aller de 5 à 15V.

Viennent ensuite les deux comparateurs. Un comparateur est un élément de circuit qui compare deux tensions d'entrée analogiques à sa borne d'entrée positive (non inverseuse) et négative (inverseuse). Si la tension d'entrée à la borne positive est supérieure à la tension d'entrée à la borne négative, le comparateur produira 1. Vice versa, si la tension à la borne d'entrée négative est supérieure à la tension à la borne positive, le comparateur produira 0 .

La première borne d'entrée négative du comparateur est connectée à la tension de référence 2/3 au niveau du diviseur de tension et de la broche de "contrôle" externe, tandis que la borne d'entrée positive à la broche "Seuil" externe.

D'autre part, la borne d'entrée négative du deuxième comparateur est connectée à la broche "Trigger", tandis que la borne d'entrée positive à la tension de référence 1/3 au niveau du diviseur de tension.

Ainsi, en utilisant les trois broches, Trigger, Threshold et Control, nous pouvons contrôler la sortie des deux comparateurs qui sont ensuite alimentés aux entrées R et S de la bascule. La bascule produira 1 lorsque R est 0 et S est 1, et vice versa, elle produira 0 lorsque R est 1 et S est 0. De plus, la bascule peut être réinitialisée via la broche externe appelée "Reset" qui peut remplacer les deux entrées, réinitialisant ainsi l'intégralité de la minuterie à tout moment.

La sortie Q-bar du flip-flip va à l'étage de sortie ou aux pilotes de sortie qui peuvent soit générer soit absorber un courant de 200mA vers la charge. La sortie du flip-flip est également connectée à un transistor qui relie la broche "Discharge" à la masse.

Minuterie 555 – Mode bistable

Prenons maintenant un exemple du 555 Timer fonctionnant en mode bistable. Pour cela, nous avons besoin de deux résistances externes et de deux boutons-poussoirs.

Les broches de déclenchement et de réinitialisation du CI sont connectées à VCC via les deux résistances, et de cette façon, elles sont toujours hautes. Les deux boutons-poussoirs sont connectés entre ces broches et la masse, donc si nous les maintenons enfoncés, l'état d'entrée sera bas.

Initialement, les sorties des deux comparateurs sont à 0, donc la sortie de la bascule ainsi que la sortie du Timer 555 sont à 0.

Si nous appuyons sur le bouton-poussoir Trigger, l'état à l'entrée Trigger deviendra Low, de sorte que le comparateur sortira High et cela fera passer la sortie Q-bar flip-flip à Low. L'étage de sortie inversera cela et la sortie finale du 555 Timer sera High.

La sortie restera élevée même lorsque le bouton-poussoir de déclenchement n'est pas enfoncé car dans ce cas, les entrées de la bascule R et S seront à 0, ce qui signifie que la bascule ne changera pas l'état précédent. Pour rendre la sortie basse, nous devons appuyer sur le bouton-poussoir de réinitialisation, qui réinitialise la bascule et l'ensemble du circuit intégré.

Tutoriel connexe :Qu'est-ce que Schmitt Trigger | Comment ça marche

Minuterie 555 – Mode monostable

Voyons ensuite comment fonctionne le 555 Timer en mode monostable. Voici un exemple de circuit.

L'entrée de déclenchement est maintenue haute en la connectant à VCC via une résistance. Cela signifie que le comparateur de déclenchement affichera 0 sur l'entrée S de la bascule. D'autre part, la broche Threshold est Low et cela fait également sortir le comparateur Threshold de 0. La broche de seuil est en fait basse car la sortie Q-bar de la bascule est haute, ce qui maintient le transistor de décharge actif, de sorte que la tension provenant de la source va à la masse via ce transistor.

Afin de changer l'état de sortie de la minuterie 555 en haut, nous devons appuyer sur le bouton-poussoir de la broche de déclenchement. Cela mettra à la terre la broche de déclenchement, ou l'état d'entrée sera 0, ainsi le comparateur sortira 1 à l'entrée S du flip-flip. Cela entraînera la sortie Q-bar à l'état bas et la sortie de la minuterie 555 à l'état haut. En même temps, nous pouvons remarquer que le transistor de décharge est éteint, donc maintenant le condensateur C1 va commencer à se charger à travers la résistance R1.

Le temporisateur 555 restera dans cet état jusqu'à ce que la tension aux bornes du condensateur atteigne les 2/3 de la tension fournie. Dans ce cas, la tension d'entrée de seuil sera plus élevée et le comparateur sortira 1 à l'entrée R du flip-flip. Cela ramènera le circuit dans l'état initial. La sortie Q-bar deviendra High, ce qui activera le transistor de décharge et rendra à nouveau la sortie IC Low.

Nous pouvons donc remarquer que la durée pendant laquelle la sortie de la minuterie 555 est élevée dépend du temps dont le condensateur a besoin pour se charger aux 2/3 de la tension fournie, et cela dépend des valeurs du condensateur C1 et du résistance R1. Nous pouvons en fait calculer ce temps avec la formule suivante, T=1.1*C1*R1.

Minuteur 555 – Mode astable

Ensuite, voyons comment le 555 Timer fonctionne en mode astable. Dans ce mode, le CI devient un oscillateur ou également appelé Free Running Multivibrator. Il n'a pas d'état stable et bascule en permanence entre haut et bas sans l'application d'un déclencheur externe. Voici un exemple de circuit du 555 Timer fonctionnant en mode astable.

Nous n'avons besoin que de deux résistances et d'un condensateur. Les broches de déclenchement et de seuil sont connectées les unes aux autres, il n'y a donc pas besoin d'impulsion de déclenchement externe. Initialement, la source de tension commencera à charger le condensateur à travers les résistances R1 et R2. Pendant la charge, le comparateur de déclenchement affichera 1 car la tension d'entrée à la broche de déclenchement est toujours inférieure à 1/3 de la tension fournie. Cela signifie que la sortie Q-bar est 0 et que le transistor de décharge est fermé. À ce moment, la sortie du temporisateur 555 est élevée.

Une fois que la tension aux bornes du condensateur atteint 1/3 de la tension fournie, le comparateur de déclenchement produira 0 mais à ce stade, cela ne changera rien car les entrées R et S de la bascule sont à 0. Ainsi, la tension aux bornes le condensateur continuera d'augmenter, et une fois qu'il atteindra 2/3 de la tension fournie, le comparateur de seuil produira 1 à l'entrée R de la bascule. Cela activera le transistor de décharge et maintenant le condensateur commencera à se décharger à travers la résistance R2 et le transistor de décharge. À ce moment, la sortie de la minuterie 555 est basse.

Pendant la décharge, la tension aux bornes du condensateur commence à baisser et le comparateur de seuil commence immédiatement à sortir 0, ce qui en fait ne change rien car maintenant les entrées R et S de la bascule sont à 0. Mais une fois la tension à travers le condensateur tombe à 1/3 de la tension fournie, le comparateur de déclenchement produira 1. Cela éteindra le transistor de décharge et le condensateur recommencera à se charger. Ainsi, ce processus de charge et de décharge entre 2/3 et 1/3 de la tension fournie continuera de fonctionner tout seul, produisant ainsi une onde carrée sur la sortie du 555 Timer.

Nous pouvons calculer le temps pendant lequel la sortie est haute et basse en utilisant les formules indiquées. Le temps haut dépend de la résistance de R1 et R2, ainsi que de la capacité du condensateur. Par contre, le temps bas ne dépend que de la résistance de R2 et de la capacité du condensateur. Si nous additionnons les temps haut et bas, nous obtiendrons la période d'un cycle. D'autre part, la fréquence est le nombre de fois que cela se produit en une seconde, donc une sur la période donnera à utiliser la fréquence de la sortie d'onde carrée.

Si nous apportons quelques modifications à ce circuit, par exemple, changeons la résistance R2 avec une résistance variable ou un pototentiomètre, nous pouvons contrôler instantanément la fréquence et les rapports cycliques de l'onde carrée. Cependant, plus d'informations à ce sujet dans ma prochaine vidéo où nous créerons un contrôleur de vitesse de moteur PWM DC à l'aide de la minuterie 555.

J'espère que vous avez apprécié ce tutoriel et appris quelque chose de nouveau. N'hésitez pas à poser des questions dans la section des commentaires ci-dessous.