Electronique : Les monostables numériques

22 avril 2019 rdorigny 0 commentaires

Les monostables sont des circuits assez simples et très utiles dans l’électronique. A la différence du multivibrateur astable, le monostable présente un niveau électrique connu. On l'utilise principalement dans les circuits pour réaliser un timer.

Dans cet article, je vais me focaliser uniquement sur les monostables numériques, c'est à dire dont l'état de sortie présente uniquement deux état possibles, le niveau bas et le niveau haut.





Un monostable est un circuit logique qui a un état stable : il reste en cet état stable et ne le quitte que lorsqu’il reçoit une impulsion appliquée sur son entrée de commande appelée trigger. Il passe alors pour une durée prédéfinie dans un état quasi stable, caractérisé par une impulsion unique à la sortie, de durée et amplitude réglables. Après cette impulsion, la sortie retourne à l’état stable.

Le CD4538

Ce composant est le circuit intégré dédié pour cette usage dans le domaine plutôt du numérique. Voyons comment l'utiliser.

Ce montage se déclenche sur un front montant, la sortie Q restera au niveau haut tant que l'entrée Vin est au niveau haut, et restera le temps du délai supplémentaire du monostable selon la formule T=RC. Donc si on choisie un condensateur de 1uF et une résistance de 1Mohm, T=(1x10^6)x(1x10^-6)=1 seconde.
Et si on met led en sortie avec un bouton poussoir en entrée, on observera assez clairement le délais T d'une seconde avant la bascule au niveau bas (ce qui éteindra la led).


Si on baisse la résistance à 1Kohm, et que l'on rentre dans un Vin un signal rectangulaire à la bonne fréquence, on observe le délais T= à l'oscilloscope. Vin en rose est une impulsion à 1Kz et Vout le signal de sortie du monostable. Ne pas oublier d'alimenter le CI avec la pin 8 à la masse et la 16 à 5V.



De la même façon, le schéma ci-dessous prend en compte les fronts descendants de Vin.


Les monostables avec deux portes logiques

Les monostables numériques sont basés sur des conceptions à base de portes logiques (et, ou, non, nor, nand, ...). Avantage, il ne présente en sortie que deux états possibles, le niveau haut ou le niveau bas. Le temps de délai T est tel que T=RC/2=0.5RC.

Attention, pour ces montages, il est important de fixer la tension des entrées avec des résistances généralement de pull-down. Sinon, l'état d'entrée sera instable et peut provoquer des dysfonctionnements.

Avec des portes NOR pour front montant:

La résistance R2 fixe l'entrée à 0V si jamais elle n'est pas alimentée. Le réseau RC réalise une temporisation de T=0.5RC, soit 0.5s dans le cas présent. Ce qui permettra de le distinguer à l’œil.

Avec un générateur de fonctions, on peut mettre en entrée un signal à impulsion (jaune) et observer le délai du monostable (signal violet) en diminuant la valeur de la résistance par exemple et donc le temps T.



Avec des portes OR pour front montant:



Avec des portes AND pour front descendant:


On observe qu'au front descendant, la sortie passe au niveau bas pendant le délai T. Et si on modifie les valeurs de RC, on peut observer ce délai à l'oscilloscope.



L'avantage de ces schémas à deux portes est que la porte de sortie impose un état logique en sortie, contrairement au schéma à une seule porte logique que nous allons voir par la suite qui sont moins coûteux mais dont l'état de sortie est analogique.

Les monostables avec une seule porte logique

Ils sont plus économiques en portes mais l'état de sortie reste analogique.

Avec une porte AND pour front descendant:


Avec une porte OR pour front montant:




Conclusion

Il est possible de faire des monostables numériques avec des portes logiques. Je conseille les montages constitué de deux portes qui apportent un état stable numérique, mais qui sont en revanche plus coûteux en portes logiques.







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