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The history and functioning of multivibrators and astable multivibrators in generating rectangular signals using logic gates. It covers topics such as the oscillation of electromagnetic waves, the invention of the multivibrator, and the different types of multivibrators. The document also explains the circuitry and principles of operation of astable multivibrators using NAND gates and RC filters. It includes diagrams and chronograms to aid in understanding the concepts.
Typology: Study Guides, Projects, Research
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ème
Présenté par :
-imene haniche Table des matières :
Chapitre I : Généralités…………………………………………………………………………. …………. I.1. Historique………………………………………………………………………………………………. Chapitre II Fonctionnement des Multivibrateurs Astable………………………………….…….……… 06 II.1. Introduction…………………………………………………………………………………………… II.2.Oscillateur RC…………………………………………………………………………………………. II.3.2.Multivibrateur astable en utilisant les portes NAND…………………………. …………………... II.4.MONTAGE UTILISANT TROIS INVERSEURS……………………………. …………………...... II.4.1 Circuit de base……………………………………………………………………………………….. II.4.2 Principe de fonctionnement…………………………………………………………………………. Chapitre III Réalisation pratique Générateur d’impulsion rectangulaire……….………………….. …. III.1.Générateur des impulsions rectangulaires en utilisant les portes NAND à base du CI 4011….… III.1.1.Circuit a réalisé……………………………………………………………………………………... III.1.2.Liste des composants utilisés pour la réalisation de l’astable à portes NAND à technologie CMOS…………………………………………………………………………………………………….…. III.1.3. Résultats……………………………………. ………………………………………………………. III.3.5.Interprétation sur les résultats……………………………………………………….………..…… 16
Chapitre I Généralités
I.1. Historique : Le professeur Heinrich Rudolf Hertz fit une expérience en en 1888 prouvant l’existence réelle des ondes électromagnétiques prédites par Maxwell. Hertz réalise un oscillateur à l’aide d’une bobine et d’un condensateur composé de deux sphères. Les oscillations du courant électrique dans ce dispositif sont à l’origine d’une onde qu’il détecte avec un petit résonateur composé d’un anneau métallique presque refermé. Le courant créé par l’onde dans cette antenne provoque une étincelle. Figure I.1 : Principe de l’oscillateur Pour mieux comprendre l’origine des oscillations parasites qui se produisent spontanément dans les amplificateurs à très fort gain, Abraham et Bloch réalisent un circuit simplifié, où les couplages entre lampes successives sont renforcés, et qui va les conduire au multivibrateur. En 1917, Abraham et Bloch inventent le multivibrateur, oscillateur électronique d’un type nouveau, qui aura de multiples applications, parce qu’il permet de produire un grand nombre de fréquences FN multiples de sa fréquence de base f0 (FN = Nf0, où N est un nombre entier) ; et aussi parce que sa fréquence de base f0 peut être facilement « synchronisée » sur la fréquence fré d’un oscillateur de référence, en sorte que f0= fréf. Ils utilisent ces multivibrateurs pour inventer une nouvelle méthode de mesure des fréquences par comparaison de multiples et de sous-multiples
II.1. Introduction : Les générateurs d’impulsions rectangulaires ou multivibrateurs sont des montages qui permettent de générer en sortie une tension rectangulaire donc les niveaux hauts et bas sont plus ou moins stables. En function de cette stabilité, on distingue: Les multivibrateurs astables. Les multivibrateurs monostables. Les multivibrateurs bistables En fonction de l'élément actif, on distingue les multivibrateurs à transistor, les multivibrateurs à porte logiques, les multivibrateurs a amplificateurs opérationnels et enfin les multivibrateurs à circuit intégré (NE555).. II.2.Oscillateur RC :
Nous allons étudier l'excitation d'un dipôle RC série par une suite d'échelons de tension, c’est à- dire par un signal rectangulaire : FigureII.1 : Dipôle RC sériées connecté aux bornes d’une génératrice basse fréquence(GBF) Le dipôle RC série est connecté aux bornes d’une génératrice basse fréquence (GBF), qui délivre une tension U qui varie périodiquement entre -V0 et +V0. II.3. Les multivibrateurs astables :
Un circuit est un dispositif qui change d'état spontanément sans qu'il soit nécessaire de lui appliquer une impulsion de commande. Il délivre à sa sortie un signal rectangulaire caractérisé par sa période T et son rapport cyclique α. II.3.1.Multivibrateur astable a bascule de SCHMITT :
Une bascule de Schmitt, aussi appelée trigger de Schmitt ou bascule à seuil. Figure II.2 : La bascule de Schmitt C'est une bascule à trois entrées V, SB et SH et une sortie Q. Contrairement aux autres bascules, qui sont commandées en appliquant des signaux logiques à leurs entrées, la bascule de Schmitt est conçue pour être pilotée par une tension analogique, c'est-à-dire qui peut prendre n'importe quelle valeur (dans l'intervalle 0 - Vcc afin de ne pas dégrader le circuit). Les entrées SB et SH (seuil bas, seuil haut, ce dernier étant à un potentiel supérieur à SB) sont maintenues à des potentiels fixes ; ceci peut se faire par exemple grâce à un diviseur De tension composé de 3 résistances placées en série entre Vcc et la masse ; SH et SB sont reliés aux points intermédiaires du diviseur. Le fonctionnement de cette bascule est le suivant : supposons qu'au départ, V soit au niveau bas 0 ; Q est alors à 0 ; quand V augmente, Q reste à 0 jusqu'à ce que V dépasse SH ; à ce moment, Q passe à 1 ; Q reste à 1 jusqu'au moment où V devient inférieur à SB ; à ce moment, Q passe à 0 ; Q reste à 0 jusqu'à ce que V repasse au-dessus de SH.
Figure II.5. : Allure de la tension de sortie de l’astable. La sortie repasse ainsi au niveau H et le phénomène se reproduit ainsi La indéfiniment. Period Oscillation T Est définie par la relation: F =
Focsillation = R .C. ln¿ II.3.2.Multivibrateur astable en utilisant les portes NAND : Il est facile de passer d’un TRIGGER de SCHMITT à portes NAND à un multivibrateur astable par l’intégration d’un filtre RC.
Pour comprendre le fonctionnement de la bascule astable a porté NAND en suppose que la sortie VS est au niveau logique 1 (haut), ceci implique que la tension appliquée sur l’entrée de la premier porte N était au niveau logique 0 (bas), implique que la différence de potentielle au bornes du condensateur est faible. Le condensateur se charge à travers la résistance R3 jusqu'à ce que l’entrée de la porte N1 atteigne le seuil supérieur VT+ qui va bascule la sortie VS au niveau logique 0.A cet instant, le condensateur c se décharge à travers R3 jusqu'à ce que l’entrée de la porte N1 atteigne le seuil inferieur VT- , et le cycle recommence comme le montre Le chronogramme ci-dessous : Figure II.7. : Chronogramme aux différents nœuds de l’astable à portes NAND
Quand le signal au point VI (ou V3) passe du niveau L au niveau H, il apparaît clairement que la sortie correspondante bascule après un laps de temps égal à T. Il en est ainsi pour les trois inverseurs. L'entrée VI rebascule donc après 3 T. La période du signal vaut 6 T. Ce circuit permet d'obtenir un oscillateur à fréquence élevée car les temps de propagation T sont relativement courts. Si l'on veut réduire la fréquence d'oscillation, il suffit d'ajouter d'autres inverseurs. Leur nombre doit rester impair. Si n est le nombre d'inverseurs, la fréquence d'oscillation vaut 1 / 2n T. Avec ce montage, la stabilité est toujours fonction de la tension d'alimentation, de la température et de la charge située à sa sortie, donc du circuit logique qu'il doit piloter.
Chapitre III Réalisation pratique Générateur D’impulsion Rectangulaire III.1.Générateur des impulsions rectangulaires en utilisant Les portes NAND à base du CI 4011 :
Figure III.2. Chronogrammes obtenus pour le GBF à base de portes NAND CD
Conclusion générale
Notre travail a consisté à réaliser un générateur d’impulsions rectangulaires à amplitude et rapport cyclique variables. Pour cela nous avons essayé configuration de l’astable. Nous avons utilisé les portes NAND en technologie CMOS Nous avons pu ainsi constater que l’astable à base de portes NAND permettait d’obtenir une meilleure excursion en fréquence. Il est aussi à noter que bien que simple ce projet de Master instrumentation nous a permis de nous familiariser avec les notions de base de l’électronique fondamental et de nous familiariser avec les montages pratiques de base. Pour finir, nous espérons que ce projet sera utile à notre laboratoire d’électronique.
