NE555

NE555 dans un boitier dual inline

NE556, version double du 555

Le NE555 (plus couramment nommé 555) est un circuit intégré utilisé pour la temporisation ou en mode multivibrateur. Le NE555 a été créé en 1970 par Hans R. Camenzind et commercialisé en 1971 par Signetics. Ce composant est toujours utilisé de nos jours en raison de sa facilité d'utilisation, son faible coût et sa stabilité. Un milliard d'unités sont fabriquées par an.

Le NE555 contient 23 transistors, 2 diodes et 16 résistances^[1] qui forment 4 éléments :

• deux amplificateurs opérationnels de type comparateur ;
• un amplificateur opérationnel de type inverseur ;
• et une bascule SET-RESET.

Le NE555 peut fonctionner selon trois modes : monostable, astable ou bistable.

Historique

Hans R. Camenzind cultivait l'idée de concevoir un circuit intégré permettant de capturer un signal électrique en utilisant une boucle à verrouillage de phase. Il a eu cette idée à l'époque où il travaillait pour la compagnie PR Mallory. Cependant, l'entreprise n'étant pas intéressée par la commercialisation des produits de leurs recherches sous forme de circuits intégrés, Camenzind quitta Mallory pour Signetics. Lors de son entrée à Signetics, il conçut deux circuits intégrés basés sur ce concept qui sont devenus le 565 et le 566. Ces deux composants nécessitaient pour leur fonctionnement un oscillateur simple et stable et peu de composants externes pour les configurer. C'est cet oscillateur qui devint la base du NE555 en lui ajoutant les fonctionnalités d'amorçage et d'arrêt. Signetics commercialisa le 555 en 1971 qui devint rapidement un des circuits intégrés parmi les plus populaires jamais construits^[2].

Brochage

Symbole schématique du 555

Le NE555 existe aussi en version double avec l'appellation NE556. La table suivante présente les broches présentes sur la version simple dans un boitier DIP. Les autres boitiers utilisent les mêmes noms de broches^[3].

#	Nom	Description
1	GND	Masse
2	TRIG	Gâchette, amorce la temporisation
3	OUT	Signal de sortie
4	RESET	Remise à zéro, interruption de la temporisation
5	CONT	Accès à la référence interne (2/3 de VCC)
6	THRES	Signal la fin de la temporisation lorsque la tension dépasse 2/3 de VCC
7	DISCH	Borne servant à décharger le condensateur de temporisation
8	VCC	Tension d'alimentation, généralement entre 5 et 15V

« NE555 » est le nom originel du composant proposé par Signetics. De nombreux fabricants ont proposé ce composant avec une compatibilité du brochage, et un préfixe différent. Aujourd'hui les versions CMOS de ce composant (tel que le MC1455 de Motorola) sont le plus souvent utilisées^[4].

Principe de fonctionnement

Schéma bloc simplifié du NE555

On peut voir à partir du schéma bloc les différents composants du NE555, soit :

• 2 comparateurs
• 3 résistances configurées en diviseur de tension. Les deux tensions respectivement de 1/3 et 2/3 de Vcc servent de références aux comparateurs.
• 1 bascule SET-RESET contrôlée par les comparateurs
• 1 inverseur
• 1 transistor pour décharger le condensateur de temporisation

L'opération du 555 suit la logique de fonctionnement du schéma bloc présenté et peut prendre 4 états différents.

• Le signal RESET est à un niveau bas : La bascule est remise à zéro et le transistor de décharge s'active et la sortie reste impérativement à un niveau bas. Aucune autre opération n'est possible.

• Le signal TRIG est inférieur à 1/3 de VCC : la bascule est activée (SET) et la sortie est à un niveau haut, le transistor de décharge est désactivé.

• Le signal THRES est supérieur à 2/3 de VCC : la bascule est remise à zéro (RESET) et la sortie est à un niveau bas, le transistor de décharge s'active.

• Les signaux THRES et TRIG sont respectivement inférieurs à 2/3 de VCC et supérieurs à 1/3 de VCC : la bascule conserve son état précédent de même que pour la sortie et le transistor de décharge.

Ces états sont résumés dans le tableau suivant :

RESET	TRIG	THRES	OUT	DISCH
0	X	X	0	Actif
1	<1/3 Vcc	X	1	Inactif
1	>1/3 Vcc	>2/3 Vcc	0	Actif
1	>1/3 Vcc	<2/3 Vcc	Valeur précédente

Fonctionnement monostable

Diagramme schématique du NE555 en configuration monostable non redéclenchable

L'utilisation du NE555 en configuration monostable permet de générer une impulsion d'une durée définie seulement à l'aide d'une résistance et d'un condensateur comme illustrée dans le schéma ci-contre. Une impulsion est engendrée suite à l'application d'un front descendant à l'entrée du circuit, le graphique ci-dessous présente les formes d'ondes résultantes.

Immédiatement après l'application du front descendant la bascule interne est activée ainsi que la sortie. Du même coup, le transistor de décharge est désactivé permettant au condensateur C de se charger à travers la résistance R. La forme d'onde aux bornes du condensateur est celle d'un circuit de premier ordre RC face à un échelon de tension, c'est-à-dire une exponentielle croissante. Lorsque cette exponentielle atteint une valeur égale à deux tiers de la tension d'alimentation Vcc, la bascule interne est désactivée ramenant la sortie et le condensateur à zéro. La durée de l'impulsion t_w est donnée par la formule suivante :

$t_w = 1.1 \times R \times C$

On trouve également le schéma du 555 en monostable redéclenchable, qui est à l'identique excepté la pin 4 Reset reliée au trigger : à chaque impulsion d'entrée le timer est réinitialisé même si l'impulsion précédente n'est pas terminée.

Développement

Forme d'onde du NE555 en configuration monostable

La courbe de charge du condensateur est donnée par la formule suivante, voir circuit RC :

$V_C = V_{CC} ( 1 - e^{-t / RC} )~$

Puisque la charge du condensateur commence à t=0, il suffit de résoudre l'équation précédente pour t :

$t = -RC \ln\left( 1 - \frac{V_c}{V_{CC}} \right)~$

La durée de l'impulsion est égale au temps nécessaire pour que le condensateur atteigne le 2/3 de la valeur de Vcc donc :

$t_w = -RC \ln( 1 - 2/3) = RC \ln{3}~$

Ce qui se simplifie à :

$t_w \approx 1.1RC~$

 

Fonctionnement astable

Diagramme schématique du NE555 en configuration astable

La configuration astable permet d'utiliser le NE555 comme oscillateur. Deux résistances et un condensateur permettent de modifier la fréquence d'oscillations ainsi que le rapport cyclique. L'arrangement des composants est tel que présenté par le schéma ci-contre. Dans cette configuration, la bascule est réinitialisée automatiquement à chaque cycle générant un train d'impulsion perpétuelle comme ci-dessous.

Une oscillation complète est effectuée lorsque le condensateur se charge jusqu'à 2/3 de Vcc et se décharge à 1/3 de Vcc. Lors de la charge, les résistances Ra et Rb sont en série avec le condensateur, mais la décharge s'effectue à travers de Rb seulement. C'est de cette façon que le rapport cyclique peut être modifié. La fréquence d'oscillations f ainsi que le rapport cyclique α suivent les relations suivantes :

$f = \frac {1.44} { (R_a + 2R_b)C }$

$\alpha = 1 - \frac {R_b} { (R_a + 2R_b) }$

Développement

Forme d'onde du NE555 en configuration astable

Rappelons la formule développée dans la section précédente :

$t = -RC \ln\left(1 - \frac{V_C}{V_{CC}}\right)~$

Puisque la durée du niveau haut t_H est la période ou le condensateur se charge de 1/3 de Vcc jusqu'à 2/3 de Vcc nous avons :

$t_H = -(R_a + R_b)C \ln(1 - 2/3) + (R_a + R_b)C \ln(1 - 1/3)~$

En regroupant :

$t_H = -(R_a + R_b)C \ln(1/2)~$

Donc :

$t_H = 0.693(R_a + R_b)C~$

Puisque la décharge ne se fait que par la résistance R_b l'équation pour t_L est :

$t_L = 0.693(R_b)C~$

À partir de ces deux équations, il est possible de déduire la fréquence ainsi que le rapport cyclique de la façon suivante :

$f = {\frac 1 {t_H + t_L} } = \frac {1.44} { (R_a + 2R_b)C }$

$\alpha = {\frac {t_H} {t_H + t_L}} = 1 - \frac {R_b} { (R_a + 2R_b) }$

 

Applications

Le circuit 555 est encore utilisé dans le milieu de l'éducation. On le trouve également dans des montages simples nécessitant peu de composants et une conception rapide (clignotement de DELs, mesure de température). Il est tellement connu qu'un concours lui est dédié: le 555 contest (voir liens).

Circuits intégrés équivalents

SA555 SE555

Notes et références de l'article

1. ↑ (en) - Datasheet NE555
2. ↑ (en) semiconductormuseum.com - An interview with Hans Camenzind
3. ↑ (en) Datasheet du NE555 Texas Instruments[PDF]
4. ↑ (en) Tony van Roon - 555 timer tutorial

Voir aussi

Liens internes

• Bascule monostable
• Multivibrateur

Liens externes

Sur les autres projets Wikimedia :

• « NE555 », sur Wikimedia Commons (ressources multimédia)
• « NE555 », sur Wikiversity (communauté pédagogique libre)

• (fr) etronics.free.fr - le Timer 555
• (fr) Le célèbre circuit intégré NE555
• (en) Data Sheet (Fairchild)[PDF]
• (en) 1972 Signetics NE555 datasheet[PDF]
• (en) 555 contest