• Fonctionnement du timer 555

    Bonjour!

    Aujourd'hui, je vous parlerai d'électronique. Je vais essayer d'expliquer le fonctionnement du circuit intégré 555 pour que

    même ceux qui ne connaissent rien de l'électronique puissent en comprendre son mode d'opération.

    Que font les parents quand ils veulent aller au restaurant ou au cinéma?

    Ils appellent une gardienne pour venir surveiller les enfants pendant leur absence.

    Le circuit 555 fait comme la gardienne d'enfant. Il surveille.

    Il surveille le voltage sur la borne positive d'un condensateur dans le but de maintenir ce voltage entre deux valeurs limites.

    Mon image ci-dessous montre un schéma bloc de la circuiterie interne du 555.

    Schéma bloc de l'intérieur d'un timer 555

    À lntérieur du 555, trois résistances identiques R1, R2 et R3 (en vert) divisent le voltage d'alimentation en 3 parts égales.

    Si on alimente le circuit avec une pile de 9 volts, chacune des résistances provoquera une chute de tension de 3 volts.

    Le but de diviser la tension d'alimentation en 3 parties est de fournir aux comparateurs CA et CB

    deux voltages de référence qui seront égaux au 1/3 et au 2/3 du voltage d'alimentation.

    Chacun des 2 comparateurs a une patte connectée sur un point de référence, soit 1/3 ou 2/3 de l'alimentation.

    L'autre patte de chaque comparateur, soit les broches de connexion 2 et 6, sont reliées ensemble et connectées juste au sommet

    du condensateur externe C1. Le voltage sur le condensateur est variable alors que les tensions de référence sont fixes.

                              -----------------------------------------------------------------

    Le comparateur CA agit uniquement si le voltage sur C1 descend sous le seuil de 1/3 de la tension d'alimentation.

    Quand cela se produit il envoie un pulse à la bascule pour qu'elle fasse un Reset (Remise à zéro) sur sa sortie.

    Le transistor Q1 relié à la sortie de la bascule passera alors en mode bloqué arrêtant le passage du courant.

    Le condensateur externe C1 peut alors se charger au travers des résistances externes R1 et R2. 

                              -----------------------------------------------------------------

    Le comparateur CB agit uniquement si le voltage sur C1 dépasse le seuil de 2/3 de la tension d'alimentation.

    Quand cela se produit il envoie un pulse à la bascule pour qu'elle fasse un Set (Remise à 1) sur sa sortie.

    Le transistor Q1 relié à la sortie de la bascule passera alors en mode saturé, permettant le passage du courant.

    Le condensateur externe C1 est alors court-circuité et se décharge au travers de la résistance externe R2. 

      

    Mon image ci-dessous montre avec un trait plus gros le chemin de décharge du condensateur C1.

    Le courant part de la masse et va à la borne négative du condensateur. Mais le courant entre aussi par la broche 1 du 555,

    passe dans le transistor Q1, puis dans la résistance externe R2 pour atteindre l'autre borne du condensateur C1.

    Les deux bornes de C1 étant au même potentiel électrique, C1 se décharge au travers de la résistance externe R2.

    Chemin permettant à C1 de se déchager

    Tant que le circuit 555 est sous tension, le cycle charge décharge du condensateur se répète sans fin.

    On dit que le circuit oscille, que le circuit est astable, il n'a pas d'état stable, il oscille continuellement.

    L'étage de sortie se compose de plusieurs transistors permettant au 555 de fournir ou d'absorber jusqu'à 200 milliampères

    sur sa sortie, la broche 3 pour faire clignoter une del ou produire tout autre travail utile.

      

    Pour plus de courant, il faut utiliser sur la sortie, un transistor comme le 2N2222, capable de manipuler jusqu'à 800 milliampères.

     

    La sortie (broche 3) est au niveau logique haut quand C1 se charge et au niveau logique bas quand C1 se décharge.

    Autrement dit, sur la broche 3 on retrouve une onde carrée.

    Alimenter avec une pile de 9 volts, on aura 9 volts, 0 volt, 9 volts, 0 volt de façon répétitive tant que le circuit est sous tension.

      

    La durée de temps à un niveau logique haut puis à un niveau logique bas est déterminée par les valeurs

    des résistances externes R1 et R2 et bien sûr par la valeur du condensateur externe C1.

     

    Pour la durée de temps au niveau logique haut la formule est T1 = 0.693 X (R1 + R2) X C1.

    Pour la durée de temps au niveau logique bas la formule est T2 = 0.693 X R2 X C1.

     

    La période est égale à P = T1 + T2. La période est la durée de temps d'un cycle (un niveau logique haut + un niveau logique bas).

    La fréquence est égale à F = 1/P ou une autre formule est F = 1.44/((R1 + 2R2) X C1).

    La fréquence est le nombre de cycle par seconde (niveau logique haut + niveau logique bas par seconde).

     

    Dans les formules R1 et R2 sont en ohms. Ainsi pour une résistances de 10 kiloohms, il faut mettre 10000 dans les formules.

    Pour C1, son unité est le farad. Ainsi pour un condensateur de 10 uF, il faut mettre 0.000010 ou 0.00001 dans les formules.

    Forme d'onde d'un 555

    Maintenant que vous êtes devenu plus familier avec le fonctionnement du 555 voici un petit schéma de son brochage.

    La petite encoche au sommet du corps du circuit intégré est un repère pour permettre de trouver où est la broche 1.

    Brochage du timer 555

    Les broches 1 et 8 servent à l'alimentation électrique du circuit (de 5 à 15 volts en courant continu).

                         Si on alimente le circuit avec une pile de 9 volts :

                                                       la broche 8 sera connectée sur la borne + de la pile de 9 volts,

                                                       la broche 1 sera connectée sur la borne - de la pile de 9 volts.

     

    Les broches 2 et 6 sont les entrées des comparateurs.

                        La broche 2 s'appelle "Déclenchement" car en mode monostable, elle provoque le départ du pulse en sortie.

                        La broche 6 est la patte du comparateur qui détecte quand le voltage sur C1 atteint les 2/3 du voltage de

                        l'alimentation. C'est le seuil maximum de tension que peut atteindre le condensateur externe C1.

     

    La broche 3 est la sortie. C'est sur cette broche qu'on connectera, une del pour la faire clignoter

                                         ou un petit haut-parleur pour qu'il produise un son par exemple.

     

    La broche 7 est le chemin de décharge du condensateur externe C1.

     

    La broche 4 permet de stopper l'oscillation du Timer 555.

                     Pour arrêter le 555 d'osciller, il suffit d'amener la broche 4 à 0 volt ou à la masse si vous préférez.

                     Mais normalement cette broche est connectée à V+ (borne positive de la pile) pour permettre au 555 d'osciller.

                    Cette broche permet par exemple à un 555 de contrôler un second 555 en lui permettant d'osciller ou non.

     

    La broche 5 permet de modifier la valeur de tension du seuil maximum ce qui modifie la fréquence d'oscillation du 555.

                    Exemple, pour faire une sirène, la sortie (broche 3) d'un 555 est connectée sur la broche 5 d'un autre 555.

                                   La fréquence du 2e 555 variera en fonction de l'état logique de la sortie du premier 555.

                                   Le premier 555 aura une fréquence lente de plusieurs secondes tandis que le second 555 aura une

                                   fréquence très rapide, allant de 500 hertz à 6000 hertz pour faire vibrer un petit haut-parleur

                                   comme une sirène.

      

    N'oubliez pas que le Timer 555 est disponible en version TTL ou CMOS.

    La version TTL bien connue est le NE555 et pour la version CMOS, c'est le 7555. (Pour Texas Instruments c'est TLC555.)

    L'avantage de la version CMOS est qu'elle est moins gourmande en énergie électrique.

    Ainsi un circuit alimenté avec une pile fonctionnera plus longtemps avant de mettre la pile à plat.

      

    Noter que le circuit Timer 556 est un circuit intégré de 14 broches qui contient 2 circuits 555.

    Le Timer 556 est aussi disponible en version TTL et CMOS. (NE556 pour la version TTL et 7556 pour la version CMOS)

    Ci-dessous, le brochage d'un Timer 556 comparé à celui du Timer 555.

       555        556 (1)  556 (2) 
     Masse    1           7      7
     Déclenchement    2           6      8
     Sortie    3           5      9
     Reset (RAZ)    4           4     10
     Contrôle du voltage    5           3     11
     Seuil maximum 2/3 V+    6           2     12
     Décharge    7           1     13
     V+    8         14     14

     

     

     

     

     

     

     

     

     

    Nous avons vu le fonctionnement du Timer 555 en mode astable.

    Mais le 555 s'utilise également dans 2 autres modes d'opération, soit le mode monostable et le mode bistable.

     

    En mode monostable, la sortie est toujours au niveau logique bas. Mais si un pulse négatif se produit sur la broche 2, 

                                       la sortie (broche 3) passe à un état logique haut dont la durée de temps est déterminée par le temps de

                                      charge d'un condensateur au travers d'une résistance.

     

    En mode bistable, il n'y a plus de condensateur. On opère le 555 manuellement disons.

                                 La broche 4 provoque sur la sortie un niveau logique bas quand on l'amène à 0 volt.

                                 La broche 2 provoque sur la sortie un niveau logique haut quand on l'amène à 0 volt.

     

    Je vous ai fait un joli petit dessin ci-dessous qui montre tout cela. 

    Les 3 mode d'opération du timer 555 

    **********************  Mise à jour *********************

    À la suite du commentaire de Hassine, j'ai fait une mise à jour sur le dessin ci-dessus.

    Le petit condensateur sur la broche 5 permet d'isoler la broche 5 de toute tension parasite.

    Si la broche 5 captait une tension parasite, cela ferait varier la référence 2/3 ce qui du coup

    entraînerait une variation de fréquence du 555. Ce condensateur est donc une précaution contre

    les variations de fréquence du timer 555.


    Dans le mode monostable, on peut toujours mettre un condensateur sur la broche 5 si on le désire. 

    Mais ici on a affaire qu'à la durée d'un pulse en sortie sur la broche 3.

    En principe, je  ne pense pas que la broche 5 pourrait modifier de beaucoup la durée de ce pulse

    si on ne la connectait pas à la masse à l'aide d'un petit condensateur.

    Donc, en mode monostable, le petit condensateur sur la broche 5 ne serait pas nécessaire mais ceux qui veulent

    en mettre un pour être certain d'avoir toutes les chances de leur côté peuvent le faire sans problème.

     

    Dans le mode bistable, le 555 est opéré manuellement, donc un condensateur sur le broche 5

    est totalement inutile. Dans mon dessin, avant que je ne le corrige, j'avais simplement dupliqué

    le circuit du 555 en astable et j'avais oublié d'enlever ce petit condensateur dans les modes

    monostable et bistable.

     

    Mais même dans le mode astable, lorsque la précision de la fréquence n'est pas d'une nécessité critique absolue,

    le 555 fonctionnera bien sans avoir un petit condensateur sur sa broche 5. Noter que normalement, la

    valeur de ce petit condensateur est de 0.01 uF avec un voltage de fonctionnement supérieure au voltage

    d'alimentation du circuit.

     

    Exemple : le 555 est alimenté avec une pile de 9 volts,

                   on utilisera une petit condensateur de 0.01 uF ayant une tension de travail de 12 volts.

     

    Noter que uF signifie microfarad. Ainsi un condensateur de 1 uF c'est 1/1 000 000 de farad.

    En électronique, on utilise des condensateurs avec des valeurs en uF (microfarad), nF (nanofarad) et en pF (picofarad).

    micro = 10 exposant -6        1 uF = 0,000 001 Farad

    nano = 10 exposant -9         1 nF = 0,000 000 001 Farad

    pico = 10 exposant -12         1 pf = 0,000 000 000 001 Farad

     

    Ainsi dire d'un condensateur que sa valeur est 0,010 uF ou bien de 10 nF c'est en fait deux manières de définir la même valeur.

    ******************************* Fin de la mise à jour *****************************************

    Finalement un dernier dessin qui montre quelques solutions pour interfacer le 555 avec le monde extérieur.

    Interface avec l'extérieur pour le timer 555 

    Pour de l'information supplémentaire sur les paramètres de fonctionnement d'un 555 taper 555 datasheet dans Google.

     

    Pour bricoler avec le 555, je recommande ce livre Volume I: Timer, Op Amp, and Optoelectronic Circuits & Projects.

    Ce livre contient les 3 premiers mini-notebooks de Forrest M. Mins III contenant des petits circuits très intéressants à faire.

    Voici une page web qui offre un calculateur pour savoir quelle fréquence on obtient avec les valeurs de R1, R2 et C1.

    Et ici un calculeur pour ceux qui ne connaissent pas encore leur code de couleur pour identifier la valeur d'une résistance.

    Pour assembler vos circuits, sans prendre le fer à souder, il suffit d'utiliser une plaquette de montage sans soudure.

    Sur eBay chercher avec le terme solderless breadboard

     

    Mise à jour ---> Suite au commentaire de Gregory, j'ai fait un post qui donne

                                des informations supplémentaires sur les comparateurs et la sortie du 555.

     

    Mise à jour ---> Voici un lien vers un fichier PDF du livret 555 Timer IC Circuits de Forrest M. Mims.

                                Malheureusement, ce lien ne nous amène pas directement sur le bon fichier.

                                Il faut faire défiler la page vers le bas jusqu'à la lettre F

                                puis cliquer sur Forrest Mims - Timer IC circuits.pdf,

     

    Mes amis!

    Bon bricolage!

    À la prochaine!

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  • Commentaires

    1
    dnij
    Vendredi 16 Août 2013 à 17:40

    Bonjour et tout d'abord merci pour toutes ces explications. Le relais bilame d'origine de ma moto n'étant pas conçu pour faire clignoter des clignotants à led avec une bonne fréquence comme les clignotants à ampoule, je me suis lancé dans la conception d'un montage à base de NE555. J'ai bien réussi à obtenir ma fréquence de clignotement à 90 par minute mais mon problème est que lorsque j'éteins, j'ai 3 clignotements qui continuent le temps que le condensateur se décharge, comment faire pour que les clignotants s'éteignent instantanement ? Dois-je rajouter une résistance en parallèle sur le condo ? Comme vous l'aurez compris, je suis nul en électronique... En vous remerciant par avance, Denis.

    2
    Emakshift
    Dimanche 17 Novembre 2013 à 14:28

    Woaw, article super complet ! Les explications sont extrèmement claires, précises et faciles à assimiler.

    Merci !

    3
    adoums3
    Mercredi 5 Novembre 2014 à 20:57

    vraiment un article hyper complet très satisfait de l'explication merci et encore merci  coolcoolcoolcool

    4
    Hassine
    Mardi 11 Novembre 2014 à 19:35

    pourqoui  vous reliez la broche 5 avec un condensateur au niveau de 3 modes 

    5
    max46
    Mercredi 18 Mars 2015 à 22:34
    Bonjour,
    Merci pour ce tutoriel destiné aux néophytes, dont je fais partie...
    Je voudrais réaliser le montage suivant, mais je n'y arrive pas :
    En appuyant sur un bouton poussoir, je souhaiterais allumer une LED qui s'éteindrait au bout d'une temporisation de 3 secondes, alors que le bouton poussoir resterait toujours appuyé (circuit fermé). Lors du relâchement du bouton poussoir (circuit ouvert), la LED s'allumerait de nouveau pendant 3 secondes puis s'éteindrait. Le cycle recommencerait lors d'un nouvel appui sur le bouton poussoir...

    Cela fait des heures que je cherche, sans succès ! Peut-on réaliser ce circuit avec un Timer 555 et si oui pouvez-vous m'aider ?
    Cordialement.
    6
    mouncef
    Mardi 26 Mai 2015 à 15:53

    merci pour l'effort que vous avez mis pour produire un tel article,instructif et simple

    7
    Gregory
    Dimanche 31 Mai 2015 à 08:56

    Bravo, j'ai appris quelques nouveaux trucs que je ne savais pas sur ce circuit, par contre la partie comparateur reste floue sur son fonctionnement (le fonctionement de la porte logique inverseuse et son influence sur la bascule RS), et par exemple, pourquoi ils n'ont pas tous les deux la meme patte sur le pont diviseur de tension (un a le "+" et l'autre le "-"). Enfin, je me demandais d'où vient le courant de sortie (patte 3). Ne manque t-il pas une patte qui relie l'étage de sortie à la patte 8 ?

    8
    ghaith-allah
    Mercredi 24 Février 2016 à 21:49

    merci beaucoup pour ce cours il est super . continue :)

     

    9
    hamid
    Mercredi 10 Août 2016 à 00:59

    merci infiniment pour se cours

    10
    harwek
    Lundi 28 Novembre 2016 à 14:40

    Chambrin lpb 

    11
    Ocin
    Mercredi 22 Février 2017 à 19:41

    Merci beaucoup pour ces explications qui me sont précieuses pour avancer dans mon projet électronique - en tant que débutant c'est appréciable de pouvoir accéder à ce type d'informations,

     

    Pour info mon projet utilise un NE555 pour gérer un servomoteur mais la difficulté (pour moi :-) est de remplacer le potentiomètre manuel par 2 interrupteurs - l'état de chaque inter permettant de modifier la position de mon servomoteur - peut-être connaissez-vous un schéma de ce type, je suis intéressé

    encore merci

    bonne continuation!!

      • Dimanche 26 Février 2017 à 03:16

        Pour changer la position sur le servomoteur, il faut lui envoyer une fréquence ayant un pulse d'une largeur spécifique.

        Autrement dit un servomoteur est contrôlé par modulation de la largeur d'impulsion, en anglais PWM = Pulse Wide Modulation.

         

        Avec un microprocesseur on peut lui envoyer le bon signal facilement puisse que la fréquence est écrite dans le programme.

         

        Avec un 555, il faut en principe tourner un potentiomètre pour changer la largeur du pulse du signal envoyé au servomoteur.

         

        Le lien ci-dessous te conduira vers un schéma qui montre une solution qui consiste à mettre 2 résistances en parallèle

        pour R2 avec 2 interrupteurs comme tu voudrais justement le faire.

        http://rookieelectronics.com/wp-content/uploads/2012/10/Servo-using-555-timer.jpg

         

        Mais cette méthode augmente ou diminue la largeur du pulse et le temps de décharge du condensateur, autrement dit cette méthode

        changera aussi la fréquence d'oscillation du 555.

         

        S'il te faut une fréquence précise il faut uniquement changer la largeur du pulse sans changer la fréquence.

        Il faut quand on augmente la largeur du pulse diminuer le temps de décharge du condensateur (niveau logique bas).

         

        Une autre méthode serait d'utiliser un Timer 556 qui contient deux Timer 555.

        Chaque 555 aurait la même fréquence mais temps niveau haut et niveau bas serait différent. Avec un interrupteur rotatif ou bidirectionnel

        tu sélectionnerais la sortie du 555 que tu veux avoir.

         

        Une autre solution est de câbler le 555 en modulation du ratio T1/T2 comme dans mon dessin à la fin de mon post où je montre quelques solutions

        pour interfacer le 555. Il faudrait mettre 2 potentiomètres en parallèle mais en mettre seulement un dans le circuit à la fois.

         

        Pour faire cela il faudrait utiliser un interrupteur bidirectionnel à trois paires de pôles et le câbler comme dans mon petit dessin ci-dessous.

        câblage 555 pour servomoteur 

        Chaque pot est monté sur les terminaux de l'interrupteur. On peut ainsi en mettre un dans le circuit pendant que l'autre pot

        est complètement enlever du circuit. Il suffit d'ajuster chaque pot sur la largeur de pulse que l'on désire avoir.

         

        Sur la broche 7 il y aurait aussi une diode de brancher que je n'ai pas mise dans mon petit dessin ici.

        Voir Modulation du ratio T1/T2 dans mon dessin montrant comment interfacer le 555 un peu plus haut dans le post.

         

        Voilà! J'espère que tu comprends l'idée que je t'explique ici. Bonne chance dans ton projet.

    12
    Théo
    Mercredi 16 Mai à 22:13

    Au top du top, merci beaucoup vous serez cité et sourcé sur mon dossier de projet de fin de première d'année (un ampli à lampe de classe A)

    Merci encore

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