1ère partie : Fonction retard + 5 V. Circuit I

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1 G. Pinson - Physique Appliquée Foncion Reard A23-TP / 1 A23- Eude d'un circui monosable Bu : on veu réaliser un disposiif logique généran une impulsion de sorie déclenchée par le fron monan d'une impulsion d'enrée. On veu en oure que la durée de l'impulsion de sorie soi consane quelle que soi la durée de l'impulsion d'enrée. 1ère parie : Foncion reard 1. Réaliser le circui I ci-conre. Uiliser la sorie TTL/CMOS du GBF, posiion CMOS (bouon iré). Régler le rappor cyclique du signal de sorie () à α = 0,25 e sa fréquence à f = 250Hz. Régler son ampliude à 5V. Circui I 0,1 µf 4,7 kω 1.1. Imprimer (oscilloscope FLUKE) les signaux {, } e {, }. Echelle : X : 1 ms/div ; Y : 2 V/div On rappelle que l'équaion d'un arc d'exponenielle es : GBF u() = (U i U ).e τ + U où : U i = condiion iniiale ; U = valeur asympoique ; τ = consane de emps. En déduire les équaions numériques des courbes observées. NB : on adopera une origine des emps séparée pour chaque phase de foncionnemen Préciser dans quelle phase de foncionnemen le condensaeur se charge e dans quelle phase il se décharge On complèe le circui I comme indiqué ci-dessous (circui II). Le circui inégré CMOS uilisé (4001) es une quadruple pore NON-OU (NOR) à 2 enrées.vérifier que sa ension d'alimenaion es bien égale à 5V. Circui II 0,1 µf 4,7 kω 14 + V GBF V Rappeler la able de vérié d'une foncion NON-OU Vérifier que les signaux obenus son à peu près les mêmes que précédemmen. 2. On complèe le circui II par une deuxième pore NON-OU (CIRCUIT III). Sur chaque enrée du circui es inégré, par consrucion, un réseau de proecion à diodes (voir schéma). Les caracérisiques du signal d'enrée () son mainenues (f = 250 Hz ; α = 0,25).

2 G. Pinson - Physique Appliquée Foncion Reard A23-TP / 2 Circui III 0,1 µf 4,7 kω enrée vers circui GBF qq 100 Ω 2.1. Relever (imprimer) les ensions {, }, {, } e {, }. Echelle : X : 500µs/div ; Y : 2 V/div Relever la valeur (approximaive) de la ension de basculemen de la deuxième pore OU. Expliquer les phénomènes observés Démonrer que la durée de l'impulsion de sorie es de l'ordre de : τ ln2. Comparer à la valeur expérimenale Soi f = 2500 Hz, même rappor cyclique α = 0,25. Relever les ensions {, } e {, }. Que consae--on? Quel es l'inconvénien de ce monage? 2ème parie : foncion monosable (circui IV) 3.1. Pour f = 250 Hz puis f = 2500 Hz, imprimer les chronogrammes des ensions e en boucle fermée (circui IV). Conclusion? Echelle : X : 100µs/cm ; Y : 2 V/cm Il exise plusieurs ypes de disposiifs monosables. Quel es le ype du monosable éudié? GBF Circui IV 0,1 µf 4,7 kω a déclenchemen sur un fron monan b déclenchemen sur un fron descendan c d non redéclenchable redéclenchable 4. Applicaion : réaliser un converisseur fréquence/ension (schéma ci-conre). Expliquer le foncionnemen du monage. (f variable) v' s

3 G. Pinson - Physique Appliquée Foncion Reard A23-TP / 3 Commenaires 1- Circui en boucle ouvere C = 0,1 µf i R = 4,7 kω GBF Noaions : * On pose : τ = RC = 0,47 ms, consane de emps du circui RC. * 2,5 V, seuil de basculemen d'une pore logique. * On noe les ensions par une lere minuscule (v) e les variables logiques par une majuscule (V) = 0 V V e = 0 v e a = 0 V V a = 0 = 5 V V e =1 = 5 V V a =1 Relaions caracérisiques du circui : 1) V a = V e foncion NON 2) 5 = + Ri + i = C dv c d RC d τ d + = 5 équaion différenielle du 1er ordre On sai que, si l'on suppose que es une consane : v = 5 L'équaion différenielle a pour soluion : = ( (0) 5 + )e τ + 5 vc = ( vc (0) 5 )e τ + 5 si = 0 V = (0)e τ si = 5 V 5 V 3) = + loi des mailles 4) V s = V b foncion NON, sachan que : < V s = 0 > V s =1 Ea inial : On suppose que le circui es au repos depuis longemps. Il n'y a donc pas de circulaion de couran (i = 0) e le condensaeur es déchargé ( = 0). Des relaions qui précèden on dédui : 5 = + Ri + = = 5 V = 0 V = + = + 0 = 5 V = 0 V

4 G. Pinson - Physique Appliquée Foncion Reard A23-TP / 4 Cas d'une impulsion longue éa iniial 0 T = + "1" "0" enrée 100 Ω D2 D1 5 V vers pore logique Dans la praique n'aein pas le pic de ension indiqué ci-dessus. L'exisence de circuis de proecion inerne à diodes sur chaque enrée du circui inégré (sch. ci-conre) limie. La diode D2 condui e décharge le condensaeur dès que : > 5 + V D2 6 V Calcul de la durée de l'impulsion de sorie, sachan que : = ( (0) 5)e τ + 5 avec (0) = 0 : = 5e τ + 5 = = 2,5 = τ ln 2 0,32 ms Remarques : - cee valeur es obenue pour un seuil de basculemen 2,5 V, valeur qui peu varier selon le circui uilisé. - le fron descendan de n'a pas d'effe sur la sorie.

5 G. Pinson - Physique Appliquée Foncion Reard A23-TP / 5 Cas d'une impulsion coure éa iniial 0 T = + "1" "0" On remarque que la durée de l'impulsion de sorie n'es pas conservée, mais se limie à = T. On n'obien donc pas la foncion monosable désirée (impulsion de durée fixe). 2- Circui en boucle fermée C = 0,1 µf i R = 4,7 kω GBF Relaions caracérisiques du circui :

6 G. Pinson - Physique Appliquée Foncion Reard A23-TP / 6 La relaion 1) devien (NON-OU) : V a = V e + V s dans cee relaion, le signe "+" désigne l'opéraeur logique OU Ea inial : sans changemen On suppose que i = 0 e = 0 depuis longemps : 5 = + Ri + = = 5 V = 0 V ET = 0 V = + = + 0 = 5 V = 0 V égalemen. Cas d'une impulsion longue : sans changemen L'éa logique de V s n'influe pas sur l'éa de V a an que V e = 1 car V a = 1+ V s = 0 quelque soi V s. D'aure par, le fron descendan de n'a pas d'effe sur la sorie. Cas d'une impulsion coure Tan que V s = 1 la sorie V a de la pore NON-OU rese bloquée à 0. Il fau aendre que > pour que le sysème change d'éa : on réalise bien la foncion monosable souhaiée. éa iniial 0 T quand V s passe à 0, V a repasse à 1 = + "1" "0"

7 G. Pinson - Physique Appliquée Foncion Reard A23-TP / 7 Monosable non redéclenchable On remarque qu'une deuxième impulsion sur es sans effe sur le foncionnemen du circui pendan oue la durée où = 5 V, car V s = 1 V a = V e + 1 = 0 quelque soi V e : éa iniial 0 T = + "1" "0"

8 G. Pinson - Physique Appliquée Foncion Reard A23-TP / 8 Applicaion : converisseur fréquence/ension R' (f variable) C' v' s On suppose que la consane de emps du circui inégraeur (filrage passe-bas R'C') es grande devan la période du signal à converir : 0 v' s La valeur moyenne de v' s es elle que : = 5 T = 5F. éan consan, on obien donc une ension de sorie proporionnelle à la fréquence du signal d'enrée.