NE555 et astable

J’ai récemment consacré un article à la réalisation d’un monostable à l’aide d’un NE555 : NE555 et monostable. Je continue ma découverte de ce circuit intégré avec cette fois l’utilisation en mode astable.

Astable

Dans ce mode, la sortie oscille entre deux états stables, 0 et 1. Il n’y aucun action manuelle comme c’était le cas avec le monostable, il suffit d’alimenter le circuit. Wikipédia nous donne le schéma du circuit :

ne555 - astable - schema

Lors de la mise sous tension, le condensateur est complètement déchargé et TRIGGER active la sortie. Il va alors se charger progressivement, à travers R1 et R2. Leurs valeurs vont donc bien sûr changer le temps de charge. Puisque la tension aux bornes de C augmente, on en déduit celle aux bornes de R1 et R2 diminue car la tension aux bornes de l’ensemble est fixée par l’alimentation en tension.

Lorsque la tension sur la patte THRESHOLD atteint 2/3 de Vcc, la sortie bascule à 0. DISCHARGE passe à GND donc la différence de potentiel aux bornes de R2 et C est nulle. C se décharge à travers R2 donc la valeur de R2 influence le temps de décharge ; celle de R1 n’a pas d’effet.

Lorsque la tension sur la patte TRIGGER atteint 1/3 de Vcc, la sortie bascule à nouveau à 1 et un cycle de charge recommence. On obtient un circuit oscillant : entre 1/3 et 2/3 de Vcc pour TRIGGER et THRESHOLD, entre 0 et 1 pour OUT. On notera que lors de la mise sous tension, il faut un petit temps pour charger le condensateur de 0 V à 1/3 de Vcc ; c’est en quelque sorte le temps d’établissement du régime oscillant.

Les valeurs des résistances R1 et R2 ainsi que la valeur du condensateur C fixent la fréquence d’oscillation de la sortie ainsi que le rapport cyclique de ce signal carré.

Le temps à l’état haut (high) est :

tH = ln(2) * (R1 + R2) * C

Le temps à l’état bas (low) est  :

tL = ln(2) * R2 * C ≈ 0,693 * R2 * C

On en déduit la fréquence :

f = 1 / (tH + tL) = 1 / (ln(2) * C * (R1 + 2 * R2)) ≈ 1,44 / (R1 + 2 * R2)

Ainsi que le rapport cyclique :

α = tH / (tH + tL) = (R1 + R2) / (R1 + 2 * R2) = 1 - R2 / (R1 + 2 * R2)

La démonstration pour arriver à ces valeurs est donnée sur Wikipédia français.

Il existe plusieurs sites proposant des calculateurs pour les astables à base de NE555, comme celui de Ohm’s Law Calculator.

Montage de test

J’ai repris le montage photographié dans l’article précédent et j’ai modifié le câblage pour passer en mode astable. J’ai gardé le condensateur de 10 µF (en bleu) et j’ai essayé différentes valeurs de résistances pour R1 et R2 (à droite). Ma LED me permet toujours d’avoir un rendu visuel immédiat.

ne555 - astable - photo

Sans surprise, cette LED clignote ; )

Mesures

Commençons par mettre deux résistances de même valeur, 100 kΩ. L’application des formules ci-dessus nous donnent que la sortie devrait être basse pendant 1,4 s et haute pendant 0,7 s (le double puisque R1 + R2 = 2 * R2.). Mesurons cela à l’oscilloscope :

ne555 - astable - 100k - 100k

Vous vous en doutez : la courbe bleue correspond à la tension sur la patte OUT et la courbe rouge à la tension aux bornes du condensateur. L’oscilloscope mesure 1381 ms pour l’alternance positive et 670 ms pour la négative sur OUT. On est bons.

Si on change les résistances par des 4,7 kΩ, OUT devrait être 66 ms à l’état haut et 33 ms à l’état bas :

ne555 - astable - 4k7 - 4k7

Ça semble pas mal.

Si on souhaite avoir un rapport cyclique qui se rapproche de 1, il faut que la valeur de R1 soit petite face à celle de R2. Ainsi, R1 + R2 sera proche de R2 et on a alors des formules équivalentes pour tH et tL. Voici un exemple avec 4,7 kΩ et 100 kΩ, ce qui donne un rapport cyclique théorique de 51 % :

ne555 - astable - 4k7 - 100k

Le logiciel de mon oscilloscope calcule un rapport cyclique réel de 51,2 %. Nickel. Attention toutefois, il ne faut pas mettre une valeur trop faible pour R1, comme dit ici ou .

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7 Réponses

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  3. Seb

    Bonjour,
    je cherche à produire un signal carré à fréquence fixe mais à rapport cyclique variable. Dans mon montage, ce rapport cyclique doit varier entre 5 et 95% et être directement proportionnel à une tension issue d’un correcteur PI. Ainsi, plus la correction est importante, plus le rapport cyclique doit être grand.
    Le signal carré attaque ensuite la gâchette d’un transistor mosfet pour commuter un courant plus important.
    Le NE555 serait un composant adapté mais il me faudrait un schéma générique permettant de passer de cette tension issue du correcteur au rapport cyclique par son intermédiaire. Peut-être disposez-vous de celui-ci?
    Merci d’avance!

    J'aime

    3 janvier 2016 à 3:13

  4. Bonjour,
    Il y a une « approximation » dans mes 2 articles sur le NE555, car j’utilise les montages classiques qu’on retrouve partout sur internet. En fait, TRIG et THRES ne sont pas comparées à VCC mais à la tension sur pin CTRL ou à VCC si CTRL n’est pas connectée (voir la résistance entre VCC et l’entrée du comparateur de THRES, sur laquelle CTRL est connectée). Il faut donc faire revenir votre tension variable sur CTRL pour faire varier le rapport cyclique.
    Je n’ai pas creusé l’usage exact de CTRL donc je ne pourrais pas vous donner plus de détails sur l’adaptation entre la sortie de votre PI et l’entrée CTRL.
    Pierre.

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    4 janvier 2016 à 9:09

    • En cherchant un peu, je suis tombé sur ça : http://electronics.stackexchange.com/questions/175967/how-do-i-use-pin5-to-control-duty-cycle-of-a-555-based-pwm/175995#175995
      Ca explique bien l’effet de CTRL. Problème pour vous : faire varier la tension sur CTRL fait varier le rapport cyclique mais aussi la période.

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      4 janvier 2016 à 10:02

      • Seb

        Bonjour! Merci mille fois pour cette réponse rapide, j’ai cherché moi-même sans succès. Comme vous pouvez l’imaginer, le but est de varier la tension moyenne aux bornes d’un enroulement (qui est l’excitation d’une machine tournante) et donc si la période ne varie pas de trop, le but sera atteint.
        Je vais tenter le montage proposé et vous tiendrai au courant (si ca peut vous intéresser).

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        4 janvier 2016 à 10:29

  5. Je suis toujours curieux alors n’hésitez à me dire ce que ça a donné !

    J'aime

    4 janvier 2016 à 11:01

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