Générateur de signal rectangulaire périodique (NE555) - Travaux dirigés
Cette activité de travaux dirigés vous propose la modélisation et la simulation, en utilisant la solution de simulation de schéma électronique QSPICE, un circuit astable à base d'un circuit intégré de la référence NE555 pour réaliser un générateur de signal électrique rectangulaire, que nous pouvons utiliser dans nos différentes activités numériques telles que la logique combinaitoire ou séquentielle.
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Modélisation d'un générateur de signal rectangulaire à l'aide d'un temporisateur NE555
En utilisant la solution QSPice, réalisez le schéma électrique ci-dessous :
Ainsi, la modélisation de notre générateur de signal rectangulaire sous la solution de simulation QSpice sera comme suit :
Pour placer le circuit intégré, vous devez le chercher à partir de la bibliothèque des composants disponibles dans la barre latérale de la solution, puis le placer dans votre projet. Pour cela, cliquez sur l'icône recherche "jumelle" dans la barre latérale dans la fenêtre de la bibliothèque de composants, puis tapez le mot NE555 avant de sélectionner le composant pour le placer dans votre projet. L'image ci-dessous vous illustre cette fenêtre de rechercher :
Rajoutez maintenant les deux résistances R1 et R2 d'une valeur respectivement de 1kΩ et 2kΩ entre les deux les pins VCC, Disch et Thresh de ce circuit astable comme vous le montre le schéma de notre montage. Placez ensuite un condensateur (de type céramique par exemple) que nous allons le configurer à une valeur de 220µF. A la sortie de notre circuit, nous allons aussi mettre une résistance que nous nommons R3 pour une valeur de 1kΩ. Pour placer une résistance, vous pouvez utiliser le raccourci clavier R et pour un condensateur le raccourci clavier C.
La source VCC de notre circuit intégré sera fixée à une valeur de +5V. Pour cela, nous allons placer une source d'alimentation en appuyant simplement et directement sur la touche V de notre clavier pour la placer dans notre projet (la touche V est un raccourci clavier). Une fois placée, nous pouvons la configurer à une valeur de 5V, l'image ci-dessous nous démontre cela :
Et pour lancer la simulation sous QSpice, il est nécessaire d'ajouter une directive à notre simulateur pour lui indiquer au minimum le point de début et la durée maximale à simuler (pour notre cas, nous sommes sur une simulation non linéaire). La figure ci-dessous résume cela :
Pour rappel, vous devez faire un clic droit sur votre espace de travail pour sélectionner le sous-menu "Place Text(SPICE directive)" afin de placer cette directive SPICE. L'image ci-dessous vous démontre cela :
Simulation et graphe du générateur à base d'un NE555
Ajoutez dans un graphe la trace des deux composantes caractéristiques de la résistance R3 : soit donc IR3 et VR3. Que constatez-vous ?
Déterminer la durée du niveau haut ; ce qui correspond à un niveau logique 1 et la durée du niveau bas ; qui correspond à un niveau logique 0.
Réalisation et méthodologie : Générateur de signal rectangulaire périodique (NE555)
En application directe de l'énoncé de cette fiche d'activité de travaux pratiques ci-dessus, la modélisation de notre générateur sous QSpice sera comme suit :
Comme demandé, nous avons ajouté une source d'alimentation V1 d'une valeur de 5V pour alimenter notre circuit astable temporisateur NE555. En se référant à la fichie technique de ce composant, nous notons que nous pouvons appliquer une ssource d'alimentation VCC entre +5V et +15V. Et pour le reste de notre circuit, nous avons configuré aussi les composants suivants tels que :
- les deux résistances R1 et R2 a une valeur respective de 1kΩ et 2kΩ.
- le condensateur C1 a une valeur de 220µF.
- la directive pour le simulateur SPICE telle que : .tran 0 5
Si vous souhaitez aussi ajouter une annotation à un ou plusieurs fils électriques dans votre projet, vous pouvez faire référence à la fonction " Place a Net Name " à partir du menu déroulant comme vous le présente la photo ci-dessous (pour afficher ce menu, cliquez un clic droit à partir en positionnant le pointeur de la souris sur l'espace de travail).
Ainsi, une fois que notre projet est finalisé, nous pouvons lancer les calculs de SPICE à partir du bouton Run ou en cliquant directement sur F5. Dès que les calculs se terminent, nous pouvons ajouter les deux courbes, appelées aussi variables dans la solution QSpice, de notre circuit I(R3) et V(R3) dans deux traces différentes, comme nous le démontre la fenêtre ci-desspous :
Que constatons-nous ? Le signal à la sortie de ce circuit intégré NE555 présente une forme rectanglaire qui se rapproche de la forme d'un signal carré. Ce signal est utile pour les circuits séquentiels que ce soit pour une solution simple à mettre en place pour une entrée numérique ou un signal d'horloge.
Maintenant, pour déterminer la durée en seconde des deux états logiques de notre signal électrique qui traverse la résistance R3. Nous pouvons lire à partir des deux traces affichées dans la fenêtre résultat, les valeurs suivantes :
- Pour le niveau bas, soit l'équivalent de la valeur 0 logique, T1 = 728ms (soit 0.728s) et T2 = 1.024s ce qui correspond à une durée de 0.296s pour le niveau bas
- Pour le niveau haut, soit l'équivalent de la valeur 1 logique, T1 = 1.034s et T2 = 1.488s ce qui correspond à une durée de 0.454s pour le niveau haut.
Soit donc une durée de \( T_{tot} = T_{bas} + T_{haut} = 0.296s + 0.454s \) pour la période complète de notre signal ce qui nous donnes \( T_{tot} = 0.75s \).
Et finalement, si nous souhaitons déterminer la fréquence de notre montage, nous pouvons ainsi écrire \( f = \frac{1}{T_{tot}} = \frac{1}{0.75} = 1.33 Hz \).
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