Labo "Bascule bistable"

Objectifs

• Réalisation d'un montage avec quelques composants simples sur une platine de prototypage.
• Découverte d'une utilisation simple des transistors en mode commutation.
• Découverte du principe de fonctionnement d'une bascule Flip-Flop,
  et donc du principe simplifier du fonctionnement de la RAM statique.

Le matériel

Il nous faut pour cet exercice :

• Platine de prototypage (breadboard)
• Deux transistors NPN (2N2222 ou équivalent, ... BC337, BC547, ... à essayer ... )
• Une source d'alimentation (pile de 4,5 V ou 9 V, alim 5 ou 12 V)
• Deux résistances de limitation du courant, 150 Ω si l'alim est de ±5 V
  ou valeur plus grandes selon la tension d'alimentation (voir Labo LED)
• Deux résistances de 22 kΩ pour limiter le courant de base I_b
• Deux LEDs identiques
• Les boutons poussoirs peuvent être remplacés par un fil raccordé au 0 V avec lequel on viendra toucher l'une ou l'autre des résistances de 22 kΩ pour faire ces contacts momentanés.

Réalisation

Le schéma ci-dessus comporte deux montages identiques :
  • un transistor NPN dont l’émetteur est raccordé au 0 V,
  • du côté du collecteur se trouve une LED avec une résistance de limitation du courant
  • et sur la base une résistance de 2,2 kΩ pour limiter le courant de commande du transistor.

À ces deux montages on ajoute deux fils qui relient le collecteur de chaque transistor à la résistance de 22 kΩ raccordée à la base de l'autre transistor.

Fonctionnement

Lorsque le transistor T1 est passant, la LED de gauche est allumée et la tension au niveau du collecteur est presque nulle (0,2 V en réalité). Cette tension quasiment nulle se retrouve sur la base du transistor T2.
T2 se comporte donc comme un contact ouvert, et donc son collecteur est à l'état haut ( 5 V - la tension de seuil de la LED d'environ 2 V ) car un faible courant à peine perceptible traverse la LED de droite.
Ce niveau "haut" (±3 V) vont alimenter la commande de T1 et le force à rester passant.

En actonnant le bouton poussoir de gauche, le courant de command de T1 donc annulé.
T1 se comporte comme un contact qui s’ouvre, son collecteur repasse à l’état haut et puisqu’il est raccordé à la base du transistor T2, celui-ci devient passant.
Le collecteur de T2 passe à l’état bas et donc il n’y a plus de courant dans la base de de T1 même après avoir relâché le bouton.

Les actions successives sur l’un ou l’autre bouton font basculer le bistable dans un sens ou dans l’autre.

NB. Pour être une vrai bascule Flip-Flop, avec des niveaux haut et bas bien francs, il ne devrait pas y avoir de LED dans ce schéma. Les LEDs sont là pour simplifier le test et faire une démonstration facile de ce qu'est une bascule. Le fait que la LED "éteinte" soit tout de même très légèrement allumée ne devrait pas vous gêner. Certains d'entre vous ne le remarqueront peut-être même pas.

Simulation

Si vous essayez une simulation de ce montage sur TINKERCAD, la simulation ne fonctionnera pas comme attendu. TINKERCAD montre les deux LEDs allumées en même temps. Les simulation faites avec TINKERCAD donnent en général des résultats très proches de la réalité. Malheureusement dans ce cas précis, cela ne donne pas le même résultat que dans la réalité. En tout cas pas encore au moment où cette page a été écrite.

Autres choses à essayer

• Faire le même montage mais cette fois avec des transistors PNP au lieu des NPN.
  Il faut pour cela redessiner le schéma de principe, semblable au montage NPN mais "à l'envers".
• Passer de ce schéma à la bascule astable (exercice suivant). Le montage est fort semblable avec les même composants sauf que ce sont des condensateurs qui en se chargeant progressivement vont remplacer les boutons poussoirs.