Le Timer 555

le 555 a été le premier Circuit minuterie ou base de temps (Timer) au environ de 1971 de la compagnie Signetics avec le SE555 / NE555.Il convenait pour les bricoleurs ou les professionnels de façon stable, et convivial pour des applications en mono stable et astable. Depuis ce premier dispositif une myriade de nouveaux circuits ont étés développés et présentés dans plusieurs publications professionnels ou amateurs. Depuis plus de dix ans certains fabricants ont arrêtés de fabriquer ces minuteries à cause de la compétition sur ce marché ou pour d'autres raisons. D'autres entreprises, comme Philips fabrique toujours ce circuit qui est depuis près de 30 ans encore très populaires et employé dans beaucoup de schémas. C'est tout à fait unique et incroyable dans l'histoire des composants électroniques ou les modes et la technologie varient très vite. Bien que de nos jours la version CMOS de ce circuit, comme le Motorola MC1455, est surtout employée, le type standard est encore disponible, cependant il y a eu beaucoup d'améliorations et variations dans le circuit. Mais tous les types sont compatibles entre eux.

Voici des exemples de références en fonction des fabricants :

Les principales caractéristiques de ce composant sont :

Vitesse max des impulsions moins de 2 ms

Base de temps pouvant être de quelques microsecondes à des heures

Fréquence max 2 MHz 

Il fonctionne en mode mono stable ou astable

Il fonctionne de 4,5 V à 16 V, compatible TTL (5V)

Stabilité en température 0,005 % par °C

Courant de sortie max 200 mA

Apparence

Le 555, dans la figure. 1 le boîtier le plus ancien (il y a 20 ans) en métal de forme ronde

et figure. 2 le boîtier le plus familier 8-broches,

plus rare 14-broches fig 3.

La définition des broches :

Broche 1 (Ground):   est la Masse, relié au potentiel négatif de l'alimentation.

Broche 2 (Trigger) : la Gâchette ou déclenchement, en mode mono stable sert à déclencher le départ du signal de sortie ; en mode Astable ont la connecte avec la broche 6.

Broche 3 (Output) : la Sortie (environ 2/3 de la tension d' alimentation)

Broche 4 (Reset) : Remise à zéro, en mode mono stable sert à forcer le signal au niveau bas.

Broche 5 (Control voltage) : Contrôle du voltage du pont diviseur interne ou modulation, pas très utile et souvent non connecté ou relié a une capa vers la masse.

Broche 6 (Threshold) : Le seuil de déclenchement ou comparateur, en mode mono stable ont la connecte avec la décharge.

Broche 7 (Discharge) : La décharge sert à court-circuiter le condensateur externe de la minuterie.

Broche 8 (Vcc) : Alimentation + du circuit de 4,5 V à 16 V, la tension d'alimentation n'a que très peut d'influence sur la période du timer (0,1 % par volt) mais cela influence la tension du signal de sortie ainsi que le courant.

Variantes

Le 556 est un double 555 dans un boîtier 14 - broches,

le 558 contient quatre 555 aussi dans un boitier14 - broches.

Composition

L'intérieur du 555, est l'équivalent de 20 transistors, 15 résistances, et 2 diodes, dépendant du fabricant.

Le circuit équivalent, dans le diagramme ci dessous, fournit les fonctions de contrôle de seuil, déclenchement, comparateurs, bascule, et étage de sortie.

Formules

Voici le principe interne du 555 :

La valeur de la fréquence d'oscillation en sortie dépend des composants C1, R1 externe.

Le 555 comporte 2 comparateurs relié à un pont diviseur permettant de déterminer un seuil haut et un seuil bas, une bascule de type SET/ RESET, un étage de sortie (3-Output), et un transistor destiné à décharger le condensateur C1 externe (7-Discharge).
La tension de contrôle de tension (5-Threshold) vaut 2/3 de Vcc et la tension de seuil inférieur 1/3 Vcc.

La gâchette (2-Trigger) s'utilise pour déclencher le comparateur bas, en mode mono stable cela actionne la bascule (set) et la sortie du timer passe à 1, puis si le signal de contrôle RAZ (4-Reset) passe à 0 la sortie passe aussi à 0.

En mode monostable

Le schéma ci dessus représente le câblage en mode mono stable (one-shot) ; la sortie est à 1 lorsqu'on applique une impulsion négative sur la gâchette de courte duré. La durée du créneau de la sortie est déterminé par R1 et C1; la tension de sortie est approximativement de 2/3 Vcc.

la constante de temps est :

t = 1,1 x R1 x C1

t en seconde, R en KΩ et C en uF

Si la valeur de la résistance est de 1 MegaOhm et la capacité 1uF (micro-Farad). La constante de temps est dans ce cas :

t = 1,1 x 1 000 x 1 / 1000 = 1,1 seconde

mais il faut tenir compte de la tolérance des composants.   

En mode multivibrateur Astable

Limites

Le Condensateur de Contrôle doit être de 10nF (0.01 uf)

Le mode multivibrateur Astable (free-running) produit des créneaux en continu. La fréquence des créneaux est déterminé par R1, R2 et C1.Dans un premier temps le condensateur C1 est déchargé. Quant on applique un signal sur la gâchette, le condensateur commence à se charger au travers des résistances R1 et R2, pendant un laps de temps t1, durant lequel la sortie est en état haut, et ce, jusqu' à ce que la tension en C1 atteigne les 2/3 de l'alimentation.

Par ailleurs, à partir de l'état antérieur, C1 commence à se décharger via R2 durant un laps de temps t2 jusqu' à ce que la tension de C1 atteigne 1/3 de l'alimentation. Dans cet intervalle, la sortie sera en état bas. C'est alors que le cycle recommence.

La période totale du cycle sera donc :

T = t1 + t2 = 0,693 x (R1 + 2R2) x C1 = Ms (milliseconde)

La fréquence d  oscillation est l'inverse de la période :

F = 1/T = 1,44 / ((R1 + 2XR2) x C1) = KHz

En général R2 est plus grand que R1                                   

Duty Cycle (DC) = Tp / T     Mark Space = Tp/Tn

Fichier Excel Pour le calcul

Dans le montage ci-dessous ont place deux diodes pour contrôler la charge et la décharge du condensateur C1.Ont obtient en réglant P1 et P2 un signal de sortie symétrique t1 = t2.

Utilisations

Application mono stable : S1 déclenche le signal de sortie pour allumer la LED pendant un temps déterminé par R1 et C1.

Application mono stable avec RAZ :

Idem mais grâce à S2 ont peut stopper le signal.

Application Astable : La LED clignote en permanence.

Exemples de sorties :

Exemples d'utilisations :

Touche sensible : Avec une résistance de 10 M sur la gâchette (2-Trigger) le déclenchement du timer devient très sensible, et le simple fait de toucher avec le doigt déclenche l' allumage de la LED pendant un temps déterminé par R1 et C1.

Alarme Auto simple : S0 ouvert met en marche l' alarme, les contacts de portes S1 à S4 sont normalement fermés, pour sortir de la voiture vous avez quelques secondes déterminé par R1, C1 ; ensuite si l' on  ouvre une des portes il a 3 secondes R2, C2 pour actionner S0 avant que le relais ne déclenche une alarme ; une fois le relais déclenché le fait de fermé les portes n' arrêteront pas l' alarme, seul S0 en position fermé coupe l' alarme.(Le contact S0 peut être un shunt sur une prise DIN)