NE555 et monostable

Le NE555 est un circuit intégré créé en 1971 par Hans Camenzind pour Signetics (qui deviendra par la suite Phillips puis aujourd’hui NXP) après une longue année de conception. C’est un circuit extrêmement utilisé puisque l’industrie électronique en consomme environ 1 milliard par an. C’est un composant très simple d’utilisation, qui peut servir comme timer, générateur d’impulsions ou encore d’oscillateur. La puce contient 25 transistors, 2 diodes and 15 résistances pour former un pont diviseur de tension, deux amplificateurs opérationnels de type comparateur, une porte logique de type inverseur et une bascule SET-RESET. C’est plus clair avec un schéma-bloc :

NE555 block diagram

Le boitier possède 8 pattes pour faire ressortir les signaux ci-dessus :

NE555 pinout

Au passage, merci à Wikipédia pour les images !

Principe de fonctionnement

Le principe de fonctionnement du NE555 est assez simple quand on a bien en tête le schéma-bloc ci-dessus.

Quand RESET est à 0 (la pin étant en logique inversée), la bascule impose 0 sur OUT et rien ne se passe. Il faut donc forcer RESET à 1 pour faire quelque chose.

Il y a un pont diviseur de tension duquel sont prises les références THRES et TRIG des 2 comparateurs. Les résistances étant égales, on obtient donc des références à 2/3 et 1/3 de Vcc respectivement.

  • Si le signal TRIG est inférieur à cette référence de 1/3 de Vcc, alors la bascule est active et OUT passe à 1. Le transistor dans le carré bleu est désactivé.
  • Si le signal THRES dépasse la référence de 2/3 de Vcc, alors il se passe l’effet inverse : la bascule redevient inactive et la sortie OUT passe à 0. Le transistor s’active et DISCH se retrouve à la masse. TRIG est dominant sur THRES : il faut donc que TRIG soit à 1 pour que THRES puisse avoir un effet.
  • Dans le cas où aucune des tensions THRES et TRIG ne déclenchent son comparateur, l’état courant est conservé.

Vous pouvez lire cette page (en anglais) pour des explications complètes : Pin Configuration of the 555 Timer.

À partir de ces principes, 3 modes d’utilisation du NE555 ont émergé :

  • astable,
  • bistable,
  • monostable.

Cet article s’attache à l’expérimentation du mode monostable.

Monostable

Pour utiliser un NE555 en mode monostable, il suffit de rajouter une résistance R et C et quelques fils :

Le temps où la sortie reste à l’état haut avant de repasser à l’état bas (donc, le temps d’allumage de la LED) est donnée par cette formule :

t = 1,1 * R * C

La démonstration est donnée dans l’article Wikipédia.

Montage de test

Pour mettre en oeuvre un tel monostable, j’ai sorti une plaquette, un NE555, quelques résistances et condensateurs ainsi qu’une LED. J’ai repris le schéma précédent avec quelques modifications / rajouts :

  • Pour éviter que la pin trigger ne flotte, je l’ai reliée à Vcc via une résistance de 100 kΩ.
  • Je n’avais pas de condensateur de 10 nF sous la main, mais j’en avais de 100 nF.
  • J’ai relié la sortie out à une LED bleue au travers d’une résistance de protection de 4,7 kΩ, histoire d’avoir un rendu visuel.

L’alimentation de mes pédales d’effet pour guitare me sert à alimenter le montage. Sa tension de sortie est de 9,46 V.

Ça donne quelque chose dans ce style :

ne555 - mono - off

À droite, on voit le condensateur (bleu) et la résistance qui permettent de faire varier la durée du signal de sortie. À l’aide d’un fil jaune qui se ballade dans les airs, je peux facilement ramener la pin trigger à la masse, ce qui applique donc une tension inférieure à 1/3 de Vcc. La sortie out passe à l’état haut et la LED s’allume :

ne555 - mono - on

Mesures

Dans mon montage, la capacité C est de 10 µF. Avec la valeur R de la résistance mesurée à l’ohmmètre, je peux déterminer un temps approximatif (aux tolérances sur la valeur de la capacité près) d’allumage de la LED et le vérifier à l’oscilloscope.

Premier essai avec une résistance de 46,3 kΩ :

t = 1,1 * 46,6k * 10µ = 509 ms

On observe les signaux à l’oscilloscope :

ne555 - mono - 1 - 46.3

En bleu, il s’agit du signal aux bornes de la LED de sortie. On constate bien un front, d’une durée de 525 ms (mesurée avec les marqueurs que je n’ai pas fait apparaitre pour ne pas surcharger l’image). La tension est de 2,66 V, ce qui correspond bien à la tension attendue pour une diode bleue. En rouge, il s’agit de la tension aux bornes du condensateur. Il se charge jusqu’à attendre 6,38 V. Cette tension correspond bien à 2/3 de Vcc et est donc suffisante pour activer le comparateur derrière la pin threshold et faire basculer la sortie à l’état bas.

Deuxième essai avec une résistance de 99 kΩ :

t = 1,1 * 99k * 10µ = 1089 ms

À nouveau avec l’oscilloscope :

ne555 - mono - 2 - 99

Les couleurs sont les mêmes, la base de temps est doublée. J’ai mesuré une durée de 1184 ms pour le front bleu et la même tension maximale que précédemment pour le signal rouge. Tout va bien !

Lorsque le comparateur bascule la sortie à l’état bas, la sortie discharge est ramenée à la masse et le condensateur se décharge brutalement (mais bien sûr, pas instantanément). Voici un zoom sur le basculement (toujours avec la résistance de 99 kΩ) :

ne555 - mono - 3 - descentepng

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7 Réponses

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  3. chris

    Bonjour,

    J’ai réalisé ce schéma basic de monostable NE555 mais quand on applique l’alimentation, la sortie du 555 passe automatiquement haute. c’est ennuyeux car, en cas de coupure de courant (alim secteur) quand le secteur revient le matériel en sortie s’active. Je voudrais éviter cela. Comment faire ??? Merci

    J'aime

    22 novembre 2015 à 12:21

  4. Bonjour Chris,

    Dans mon montage (de mémoire et en relisant l’article), la LED est éteinte quand je branche l’alimentation. Il faut que j’utilise le fil pour l’allumer pendant un instant.

    Comment as-tu câblé la pin TRIG ? Avec un bouton poussoir ? Quel est l’état au repos de cette pin ? L’as-tu relié à la masse ou à VCC (avec une résistance de tirage) ?

    J'aime

    27 novembre 2015 à 9:31

    • chris

      Bonjour et merci pour ton retour.
      La pin 2 Trig est d’une part reliée à +vcc par une résistance de 100K et d’autre part à la masse par un poussoir qui permet de relancer la tempo. Au repos la cette pin trig est à 11v (pour VCC = 12v).
      Une fois le premier cycle effectué, le monostable fonctionne correctement suite à réarmement par le poussoir.
      C’est cette mise en marche « automatique » après une coupure secteur qui me pose problème. (Le problème est le même si j’agis directement sur VCC d’ailleurs)
      Merci
      Christian

      J'aime

      30 novembre 2015 à 10:39

      • Bonjour Christian,
        Désolé pour ce retour tardif. Je n’ai pas le temps en ce moment de tester, et en plus je n’ai plus de NE555 sous la main. Je visualise le problème et j’avais pensé à une solution l’autre jour au détour de lectures sur le net, mais je l’ai oublié… Avez-vous trouvé une solution ?

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        4 janvier 2016 à 9:03

      • chris

        Bonjour Pierre,
        J’ai installé mon module mais je n’ai pas trouvé de parade pour empêcher que la sortie soit haute au moment de la mise (ou remise) sous tension (12v ou secteur).
        Si vous retrouvez votre solution, je serai preneur.
        Cordialement
        Christian

        J'aime

        5 janvier 2016 à 11:15

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