Créée le, 19/06/2015

 Mise à jour le, 02/09/2016

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  Multivibrateurs Astables à base de Transistors         Multivibrateurs Monostables      Multivibrateurs Bistables
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Multivibrateurs à Base de Transistors :

Après avoir vu les fonctionnements des multivibrateurs astables, monostables et bistables à tubes électroniques (22ème leçon), nous allons voir les multivibrateurs à base de transistors.

Étant donné que les montages similaires à tubes électroniques sont tous étudiés dans les leçons théoriques 21 et 22 (voir sommaire électronique de base), donc groupés dans deux leçons, il est inutile de revoir ceux-ci dans cette théorie.

Qu'il s'agisse de multivibrateur à tubes ou à transistors, on distingue trois types de montage :

a) Les multivibrateurs astables engendrant une onde carrée sans aucun signal de commande.

b) Les multivibrateurs monostables, délivrant une impulsion carrée, après application d'une impulsion de commande.

c) Les multivibrateurs bistables fournissant une brusque variation de tension, chaque fois qu'une impulsion d'entrée est appliquée.

Par ailleurs, les multivibrateurs à transistors ont un fonctionnement identique à celui des multivibrateurs à tubes électroniques.

 


HAUT DE PAGE 1. - MULTIVIBRATEURS ASTABLES

Les multivibrateurs astables à transistors fonctionnent de la même façon que les multivibrateurs astables à tubes électroniques et ont le même rôle.

1. 1. - MULTIVIBRATEUR ABRAHAM BLOCH

Le raisonnement suivi pour le multivibrateur ABRAHAM BLOCH à tubes électroniques peut être appliqué au montage de la figure 1.

Multivibrateur_Abraham_BLOCH.GIF

Nous devons cependant nous souvenir que, pour qu'un transistor PNP conduise, il faut que sa base soit à un potentiel négatif par rapport à l'émetteur.

Ce montage présente un inconvénient grave aux fréquences basses.

En effet, pour obtenir ces fréquences, nous devons augmenter la valeur des éléments constituant les circuits de liaison RC.

Or, nous sommes limités par la valeur des résistances de base des transistors ; celles-ci doivent avoir une valeur assez faible, de façon à ce que le courant base soit important et permette la saturation du transistor.

Nous devons alors utiliser des condensateurs de forte capacité, qui sont presque obligatoirement du type électrochimique ou électrolytique, donc avec des coefficients de température élevée, des fuites importantes et des dispersions assez grandes.

Pour éviter cet inconvénient, nous pouvons utiliser des paires de transistors montés en DARLINGTON.

Le coefficient d'amplification b de ce montage est très nettement supérieur au b d'un seul transistor (plusieurs dizaines de fois) et nous pourrons utiliser des résistances de base beaucoup plus élevées et par conséquent, diminuer la valeur des condensateurs.

Le circuit indiqué figure 2 permet de réaliser des multivibrateurs extrêmement dissymétriques, en rendant les condensateurs C1 et C2 très inégaux, ce qui est très déconseillé dans le cas du montage de la figure 1 (remontée du potentiel collecteur non achevée au moment du basculement).

Multivibrateur_astable_monte_en_Darlington.GIF

1. 2. - MULTIVIBRATEUR À COUPLAGE D'ÉMETTEUR

Ce circuit est représenté figure 3 et nous voyons immédiatement l'analogie avec le multivibrateur à tubes à couplage cathodique, (voir 22ème leçon).

Multivibrateur_astable_a_couplage_emetteur.GIF

Le montage comporte une seule liaison à constante de temps, soit R1C1, l'autre étant remplacée par le couplage dû à la résistance RE commune aux deux émetteurs.

Le transistor fortement conducteur, crée aux bornes de RE une chute de tension suffisante pour bloquer l'autre transistor.

Mais la charge de C1 s'écoule par R1, et au bout d'un temps fonction de la constante de temps R1C1, le montage bascule. Le transistor bloqué devient conducteur et celui qui conduisait se bloque.

1. 3. - MULTIVIBRATEUR À TRANSISTOR UNIJONCTION

En utilisant un transistor unijonction (UJT), nous pouvons réaliser un multivibrateur astable suivant le schéma de la figure 4.

Multivibrateur_astable_Unijonction_UJT.GIF




Les formes d'ondes relevées aux points A, B et C de ce montage, sont indiquées par les trois courbes de la figure 5.

Formes_d_ondes_du_multi_astable_UJT.GIF

A l'instant t0, le transistor unijonction n'a pas de courant émetteur. La diode D est conductrice et le potentiel du point A est légèrement supérieur à zéro.

Celui du point B (émetteur de U.J.T.) monte, puisqu'un courant, passant à travers R2, charge le condensateur C.

Ce courant de charge passant à travers C va, par la diode D, à la masse, s'y superposant avec le courant qui traverse la résistance R1.

A l'instant t1, le point B atteint un potentiel égal à la tension de pic de l'UJT. Celui-ci s'amorce, et le courant entre sa base B1 et sa base B2 augmente, provoquant une chute de tension accrue dans la résistance R3.

Le potentiel du point C passe de la valeur + E à la valeur + e.

Le courant qui traverse la résistance R2 va vers l'émetteur de l'UJT et le condensateur ne peut plus se charger.

L'abaissement du potentiel de cet émetteur, transmit par le condensateur C au point A, rend ce point négatif : la diode D se bloque.

Le courant qui traverse R1, augmente par le fait que le point A est maintenant à un potentiel négatif, ne traverse plus la diode, mais décharge le condensateur C.

Le courant de décharge se superpose au courant émetteur et maintient le potentiel de l'émetteur à une valeur pratiquement constante.

Le condensateur C se déchargeant, la tension du point A remonte vers 0.

A l'instant t2, il atteint et même dépasse légèrement cette valeur. La diode D redevient alors conductrice et le courant qui passait dans R1 ne va plus vers l'émetteur de l'UJT en déchargeant C, mais s'écoule à la masse à travers la diode D.

Dans ces conditions, le courant qui passe dans la résistance R2 peut recharger le condensateur C. Le courant émetteur de l'UJT diminue et celui-ci se désamorce.

La tension au point C remonte de la valeur + e à la valeur + E.

La tension au point B remonte exponentiellement vers la valeur de la tension pic de l'UJT, qu'elle atteindra à l'instant t3. A ce moment, le transistor s'amorce et tout se déroule suivant une loi périodique.

Avant de passer aux multivibrateurs MONOSTABLES, précisons que tous les multivibrateurs ASTABLES sont caractérisés par l'absence d'état stable et par une fréquence de fonctionnement relativement peut précise.

Mais ce défaut peut devenir une qualité, car on peut facilement imposer au multivibrateur une fréquence, à l'aide d'impulsions provoquant un basculement prématuré : c'est la synchronisation.

Citons un exemple de synchronisation, dans une application connue de tous : la Télévision.

Dans cette technique, il faut en effet assurer la coïncidence des balayages du récepteur et de la caméra de prise de vue.

A cet effet, des impulsions sont transmises par l'émetteur Télévision et appliquées aux étages de balayage, de façon à asservir ceux-ci en fréquence.

Ce sujet qui sort du cours de base est évidemment traité en détails dans les leçons de Spécialisation Télévision. Il n'est cité ici que comme exemple d'application des multivibrateurs astables.

HAUT DE PAGE 2. - MULTIVIBRATEURS MONOSTABLES

Comme leur nom l'indique, les multivibrateurs monostables ont un état de fonctionnement stable et un état instable. Plus précisément, après application d'un signal de commande, ils passent de l'état stable à l'état instable mais reviennent automatiquement à l'état d'origine : la position STABLE.

Ils restent dans cet état jusqu'à ce qu'une nouvelle impulsion de commande ne vienne les faire re-basculer dans l'état instable et ainsi de suite.

2. 1. - MULTIVIBRATEUR MONOSTABLE FONDAMENTAL

Comme indiqué plus haut le multivibrateur monostable de la figure 6, présente un état stable et un état instable ou quasi-stable.

Multivibrateur_monostable_transistors.GIF

Une impulsion de déclenchement fait basculer le montage dans l'état instable. Ensuite, le montage revient de lui-même à l'état stable.

Le circuit de la figure 6 est dérivé du multivibrateur astable ABRAHAM BLOCH. On a simplement remplacé l'un des couplage capacitifs croisés par un couplage résistif. En réalité, on dispose, en parallèle sur la résistance de couplage, un condensateur qui sera ignoré pour le moment.

A l'état stable, T2 conduit à saturation et T1 est bloqué.

Le blocage de T1 est obtenu, grâce au courant circulant dans le pont des résistances formé par Rc2, R1 et R2.

Cette tension (Vb1) suit les variations de tension du collecteur de T2. Lorsque Vc2 = - E (T2 bloqué), Vb1 est légèrement négative ; lorsque Vc2 @ 0 (T2 à la saturation), Vb1 est positive (T1 bloqué).

Le transistor T2 est polarisé par la résistance Rb2, calculée de façon à faire conduire le transistor T2 à saturation. 

L'impulsion de déclenchement négative débloque le transistor T1. La variation du potentiel collecteur de T1 est retransmise à la base de T2 et celui-ci se bloque.

Le condensateur C1 peut alors se décharger à travers T1, la source - E et la résistance Rb2.

Le courant de décharge maintient une tension de polarité positive sur la base de T2 qui ne conduit pas.

Lorsque la décharge de C1 est terminée, le potentiel de base T2 redevient négatif et T2 conduit à la saturation.

La tension collecteur de T2 diminuant, cette variation est transmise par R1 et R2 sur la base du transistor T1 qui se bloque à nouveau.

Le phénomène n'est pas entièrement terminé, il faut en effet que le condensateur C1 se recharge. Il le fait à travers la résistance Rc1 et la jonction base-émetteur du transistor T2.

Au bout d'un temps égal à trois fois cette constante de temps, le condensateur est chargé à 95 % de sa valeur limite ; on considère à ce moment que le montage peut fonctionner, si on lui applique alors une nouvelle impulsion de déclenchement, dans des circonstances très voisines de celles du fonctionnement précédent.

Le temps mis par le condensateur pour se recharger est appelé TEMPS DE RÉCUPÉRATION.

La figure 7 montre les différentes courbes de tensions que nous pouvons relever sur ce montage.

Differentes_courbes_du_monostable.GIF

La capacité d'entrée du transistor T1 réduit le gain aux fréquences élevées, ce qui augmente le temps de commutation.

Dans la pratique, l'atténuation due à la capacité d'entrée est compensée par la mise en parallèle de C2 (en pointillé sur la figure 6) sur R1.

Ce condensateur, quoique non indispensable au fonctionnement de l'univibrateur, permet d'accélérer le basculement de ce dernier et de le rendre plus facile, en transmettant mieux à la base de T1 le front raide de la tension carrée apparaissant sur le collecteur de T2.

Le multivibrateur monostable fondamental est évidemment très stable en fréquence, puisqu'il est commandé par des impulsions de déclenchement.

Le temps pendant lequel le montage reste à l'état instable (T2 bloqué, T1 conduisant) est déterminé par la constante de temps du circuit de décharge du condensateur C1 (on considère que les résistances de la jonction base-émetteur de T2 et de la source - E sont négligeables).

La durée de l'état instable est donné approximativement par la formule : t = 0,7 x (C1 x Rb2)

2. 2. - UNIVIBRATEUR À COUPLAGE PAR LES ÉMETTEURS

Ce montage, représenté figure 8, est identique au circuit à tubes électroniques que nous avons étudié dans la leçon théorique 22.

Multivibrateur_monostable_a_couplage_emetteur.GIF

Le transistor T2 est polarisé par la résistance Rb2, de façon à être fortement conducteur. Le transistor T1 est pratiquement bloqué.

La chute de tension dans RE renforce cet état de chose et en l'absence du signal extérieur, il n'y a aucune raison pour que cette situation se modifie. Le montage reste à l'état stable.

Si nous appliquons une impulsion négative sur la base de T1, celui-ci devient momentanément conducteur et transmet, à travers C1, une impulsion de blocage au transistor T2.

Le montage bascule et le condensateur C1 se décharge à travers T1, RE, la source - E et la résistance Rb2.

Le courant de décharge maintient une tension base Vb2 positive par rapport à celle de l'émetteur de T2 qui reste bloqué.

Au bout d'un certain temps, déterminé par la constante de temps Rb2 et C1, la charge de C1 s'est écoulé par Rb2. 

T2 redevient conducteur et re-bloque T1 par le courant dans RE. Le montage est revenu lui-même à l'état stable.

Une nouvelle impulsion de commande déclenchera le basculement du montage et son retour à l'état de repos.

Le circuit de la figure 9 est aussi un univibrateur à couplage par les émetteurs, mais le fonctionnement a été amélioré par l'adjonction d'une diode D et de deux résistances R3 et R4.

Univibrateur_a_couplage_emetteurs.GIF

Il est préférable, pour la stabilité du montage, de faire en sorte que le transistor T2 ne soit pas à la saturation dans son état de conduction.

La diode D, limite le potentiel négatif de base à la valeur fixée au point A, par le pont de résistances R3 et R4. Pour que la diode agisse, il faut que le potentiel du point A soit plus négatif que celui du point B.

En effet, si la tension base n'est pas négative par rapport à celle de l'émetteur, le transistor T2 ne conduit jamais.

Suivant la valeur du potentiel constant de la base T1 (potentiel fixé par le pont diviseur de tension formé par R1 et R2), on peut faire varier la conduction de T1 et par conséquent modifier le rapport cyclique du signal de sortie.

Si ce potentiel est trop bas, le monostable ne fonctionne pas : quand T2 a tendance à être bloqué, le courant qui passe dans T1 est faible (résistance interne du transistor élevée). Le courant de décharge de C1 produit alors dans Rb2 une chute de tension trop faible pour maintenir T2 bloqué.

Si par contre, le potentiel de base de T2 est trop élevé, le tout entre en oscillations permanentes et devient un multivibrateur à couplage par les émetteurs.

Le potentiel de base de T1 doit donc être compris entre ces deux valeurs critiques.

Contrairement au cas des tubes électroniques, l'univibrateur à couplage par les émetteurs, s'il présente l'avantage de ne pas nécessiter de source de tension positive, nous semble à déconseiller.

Le multivibrateur monostable fondamental est préférable du point de vue sécurité de fonctionnement, en raison des marges importantes de blocage des transistors T1 et T2.

Les multivibrateurs monostables fournissent une impulsion de sortie pour chaque impulsion d'entrée.

Ils servent essentiellement :

1°) à mettre en forme des impulsions pour les amener à devenir des signaux rectangulaires, d'amplitude et de durée invariables.

2°) à retarder l'impulsion de déclenchement appliquée à l'entrée ; le déclenchement des étages suivants étant alors produit par le flanc arrière de l'impulsion de sortie.

Voyons maintenant la troisième catégorie de multivibrateurs : les multivibrateurs BISTABLES, qui comme leur nom l'indique possèdent deux états stables.

HAUT DE PAGE 3. - MULTIVIBRATEURS BISTABLES

Les multivibrateurs bistables ont deux états stables. Cela signifie qu'au départ, un transistor est bloqué et l'autre conducteur.

Après application d'une impulsion de commande, le transistor bloqué devient conducteur et le transistor conducteur se bloque. Une seconde impulsion de commande ramène le montage dans son état d'origine et ainsi de suite.

3. 1. - MULTIVIBRATEUR BISTABLE DU TYPE "ECCLES JORDAN"

Le schéma d'un bistable à transistor du type "Eccles Jordan", est indiqué figure 10. Chaque transistor commande depuis son collecteur, la base de l'autre, par une liaison continue, faite d'un pont de deux résistances R1 - Rb2 et R2 - Rb1.

Multivibrateur_bistable_du_type_Eccles_Jordan.GIF

Les valeurs des résistances et des tensions d'alimentation et de polarisation sont choisies de telle sorte que, quand un transistor est bloqué, il fait conduire l'autre (en général à la saturation) ; quand un transistor débite, il provoque le blocage de l'autre.

Le montage est réalisé d'une façon aussi symétrique que possible, les deux transistors ont les mêmes caractéristiques, les résistances de collecteur sont égales et les ponts de résistances sont réalisés avec des éléments appairés.

Dès la mise sous tension, les deux transistors ont tendance à conduire. Bien que le montage soit symétrique, les deux courants collecteurs ne sont pas rigoureusement égaux. Les tensions bases, résultant des courants circulant dans les ponts de résistances R1 - Rb2 et R2 - Rb1, sont déséquilibrées.

Très rapidement et grâce à l'effet cumulatif, le montage se trouve dans un état stable (par exemple T1 conducteur et T2 bloqué). C'est cet état que nous appellerons "État de repos".

Envoyons à travers C3 et C4, une impulsion de déclenchement positive.

Le transistor T1 voit sa base devenir positive par rapport à son émetteur et il se bloque. Le transistor T2 déjà bloqué ne subit aucune modification de fonctionnement pendant la durée de l'impulsion.

Dès le début du blocage de T1, le potentiel collecteur Vc1 commence à remonter. Cette remontée vers la valeur négative - V est transmise à la base de T2, partiellement par le pont R1 - Rb2, et totalement par le condensateur C1.

La base de T2 devient négative par rapport à l'émetteur et le transistor T2 se met à conduire.

Le potentiel collecteur de T2, initialement à la valeur - V, passe à une valeur moins négative (- V - Ic2 x Rc2).

La variation positive transmise à la base de T1 par le pont R2 - Rb1 et par C2, bloque T1.

La tension collecteur de T2 restant à un niveau bas (T2 conducteur), la tension ramenée par le pont R2 - Rb1, sur sa base de T1, n'est pas suffisante pour débloquer T1.

Nous obtenons donc un nouvel état stable qui est : T1 bloqué, T2 conducteur.

Une nouvelle impulsion positive viendra bloquer T2. La remontée de la tension collecteur Vc2, transmise par le circuit de liaison à la base de T1, débloquera ce dernier. Le montage est revenu à l'état de repos.

Le multivibrateur bistable peut être commandé indifféremment par des impulsions positives ou négatives appliquées sur les bases des transistors.

Une autre solution consiste à envoyer les impulsions de commande sur les collecteurs des transistors à travers deux diodes.

Le schéma de la figure 11, montre un bistable d'Eccles Jordan, commandé de cette façon.

Multivibrateur_bistable_du_type_Eccles_Jordan_1.GIF

Dans ce montage, les émetteurs sont reliés directement à la masse. La polarisation des transistors est obtenue grâce à une tension positive + P appliquée sur les bases des transistors, à travers Rb1 et Rb2.

Les diodes D1 et D2 permettent "d'aiguiller" les impulsions de commande sur le collecteur du transistor qui est bloqué.

Supposons que T1 soit conducteur et T2 bloqué. Appliquons par le condensateur C3, une impulsion positive sur les anodes des deux diodes de déclenchement.

La diode D2 a sa cathode reliée au collecteur de T2. Ce dernier étant bloqué, la tension collecteur est voisine du potentiel négatif - V.

La diode D2 est donc fortement conductrice et elle transmet sans atténuation l'impulsion de commande.

Par contre, La diode D1 a sa cathode portée à un potentiel très peu négatif (le transistor T1 conduit à la saturation et la tension collecteur est faible).

Lorsque l'impulsion positive arrive, la diode D1 est encore conductrice, mais moins que D2. L'impulsion qui apparaît sur le collecteur de T1 est atténuée par la résistance présentée par la diode D1.

L'impulsion positive traversant D2 va être transmise par R2, Rg1 et C2, à la base du transistor T1, qui va se bloquer. Le montage bascule à cet instant dans l'autre état stable, c'est-à-dire : T1 bloqué et T2 conducteur.

Nous terminons ainsi nos explications sur les multivibrateurs astables, monostables et bistables à base de transistors et nous allons entre prendre quelques circuits particuliers, écrêteurs négatifs, écrêteurs positifs et écrêteurs mixtes. 

 

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