Labo "555"

Objectif

Découverte d’un circuit intégré ayant de très nombreuses applications dans les circuits électronique.
Exercice de compréhension du fonctionnement de ce circuit.
Réalisation d’un montage utilisant le NE555 pour faire clignoter 2 leds. Le schéma de principe est donné, l’exercice consiste à interpréter ce schéma pour réaliser son câblage sur une platine de prototypage puis à tester le circuit.

Le matériel

Il nous faut pour ces exercices pratiques :

Une platine d'essai (breadboard) pour y faire des montages sans soudure.
Un circuit intégré NE555
Ce circuit est abondamment documenté sur Internet. Il a de très nombreuses applications. Il est d’ailleurs produit à plus d’un milliard d’exemplaires par an.
Quatre résistances : R1= 4,7 kΩ, R2 = 56 kΩ, R3 et R4 = 390 Ω
Un condensateur chimique de 33 µF
Une pile de 9V et connecteur / contacts à pression
Deux LEDs

Schéma de principe du 555

Le circuit est une sorte de boîte à outils qui contient :

Une bascule RS.
Deux comparateurs.
Trois résistances identiques montées en série qui divisent la tension d’alimentation en trois parts égales.
Un transistor commandé par la sortie et qui agit comme un contact reliant la broche 7 au GND lorsqu’il est passant.

Le 555, rassemble dans un seul boitier: une bascule RS, deux comparateurs, trois résistances montées en série et un transistor NPN.

Bascule RS

La bascule est un circuit mémoire avec deux entrées S (Set) et R (Reset) et une sortie Q.
En temps normal, les entrées sont à 0 et l’état de la sortie Q dépend de ce qui a été mémorisé lors de la dernière commande.
L’entré S, lorsqu’elle est mise à 1 fait basculer Q à l’état haut. (Vcc)
L’entrée Reset, lorsqu’elle est mise à 1 fait basculer Q à l’état bas (0 V)
Les deux commandes R et S ne peuvent pas être mises simultanément à 1.

Comparateur de tension

Le comparateur possède deux entrées avec les repères + et -. La sortie est à l’état haut quand la tension sur l’entrée + est supérieure à celle sur l’entrée -. La sortie est à l’état bas dans le cas contraire.

Montage à réaliser

Fonctionnement du circuit

Supposons que le circuit soit alimenté par une tension de 9 V.
Les étapes suivantes se répètent indéfiniment :

Cmp_R agit quand la tension aux bornes du condensateur est inférieure à 3 V
u ≤ 3 V ⇒ Reset ⇒ Q = 0 ⇒ T est bloqué
L’entrée 7 est en haute impédance
C se charge au travers de R1 et R2.
u passe progressivement de 3 V à 6 V t_charge = 0,693 . (R1+R2) . C
Cmp_S agit dès que u ≥ 6 V ⇒ Set ⇒ Q = 1 ⇒ T est passant
L’entrée 7 est ramenée à 0 V
C se décharge au travers de R2
u passe progressivement de 6 V à 3 V t_décharge= 0,693. R2 . C

Suggestions

Une simulation de ce circuit est réalisable sur Tinkercad en guise de préparation au montage réel sur une breadboard.

Les valeurs R1 (4,7 kΩ), R2 (56 kΩ et C (33 µF) ont été données à titre d’exemple. Ce sont de ces valeurs que dépendent la fréquence 1/(t_charge + t_décharge ) et le rapport cyclique R₂/(R₁ + R₂)

Vous pouvez bien entendu modifier ces valeurs pour les adapter aux condensateurs dont vous disposez ou pour modifier la fréquence ou le rapport cyclique.

Il existe sur Internet des sites qui vous proposent de faire ces calculs pour vous :

Pour aller plus loin, et si ce genre de petits montages vous intéresse, ne manquez pas cette page http://sam.electroastro.pagesperso-orange.fr/dossiers/555/555.htm qui en plus d’une explication détaillée du 555, recense des dizaines de montages différents réalisés à partir de ce circuit.