Fiche de révision : Génération d'oscillateurs astables et comparateurs

📋 Plan du Cours

1. Comparateur à hystérésis inverseur
2. Définition et applications de l'astable
3. Montage astable à AOP
4. Charge, décharge et période
5. Astable à porte TRIGGER
6. Astable à deux portes logiques

📖 1. Comparateur à hystérésis inverseur

🔑 Notions clés & Définitions

• Comparateur à deux seuils : Circuit de comparaison qui change la sortie seulement quand l’entrée dépasse l’un des seuils, selon le sens de variation.
• Trigger de Schmitt : Nom du comparateur à hystérésis utilisé pour limiter les basculements parasites quand l’entrée varie autour d’un seuil.

📝 Points essentiels

• L’AOP est en saturation avec des courants d’entrée i+ et i- nuls (AOP idéal), ce qui impose us = +Usat ou us = -Usat selon le signe de la différentielle d’entrée.
• Le basculement inverseur se produit quand la différence entrée ε change de signe, ce qui déclenche un passage de +Usat à -Usat ou l’inverse.
• Quand ue augmente, la sortie passe de +Usat à -Usat à la tension de basculement haut-bas uHB.
• Quand ue diminue, la sortie passe de -Usat à +Usat à la tension de basculement bas-haut uBH.

💡 Astuce mémo

Augmenter ue ⇒ seuil uHB, diminuer ue ⇒ seuil uBH (deux seuils pour un sens).

📖 2. Définition et applications de l'astable

🔑 Notions clés & Définitions

• Multivibrateur astable : Générateur autonome qui fournit une tension périodique non sinusoïdale sans rester dans un état stable.
• États logiques haut et bas : Les deux niveaux de sortie (H et B) entre lesquels l’astable commute sans nécessiter de commande externe.

📝 Points essentiels

• Un multivibrateur astable ne possède aucun état stable et ne fait que basculer entre deux états instables (H puis B).
• Il fonctionne sans tension de commande, uniquement grâce à des tensions de référence qui provoquent le basculement.
• Les bascules rythment le temps dans des applications comme les horloges des microprocesseurs et des appareils programmables.

💡 Astuce mémo

Astable = autonome + périodique + jamais stable (H/B en boucle).

📖 3. Montage astable à AOP

🔑 Notions clés & Définitions

• Élément évolutif condensateur : Capacité du montage qui se charge puis se décharge et pilote l’évolution du signal d’entrée de l’AOP.
• Diviseur de tension R1 R2 : Réseau résistif appliquant une référence fixe à l’entrée non-inverseuse de l’AOP.

📝 Points essentiels

• Le montage met le condensateur sur l’entrée inverseuse de l’AOP et utilise R1-R2 pour fixer la valeur de référence sur l’entrée non-inverseuse.
• Initialement, lorsque le condensateur n’est pas chargé, on a us = +Usat.
• Le basculement nécessite que la différentielle d’entrée ε change de signe, ce qui survient quand uc atteint les tensions uHB puis uBH.
• La sortie reste en saturation tant que le signe de ε ne change pas, et commute uniquement au passage des seuils.

💡 Astuce mémo

Condensateur fixe le signe de ε : quand uc atteint uHB ou uBH, l’AOP change d’état de saturation.

📖 4. Charge, décharge et période

🔑 Notions clés & Définitions

• Tension de basculement haut-bas uHB : Valeur de uc qui annule la différentielle d’entrée quand le condensateur passe de la phase où us = +Usat vers us = -Usat.
• Tension de basculement bas-haut uBH : Valeur de uc qui annule la différentielle d’entrée quand le condensateur passe de la phase où us = -Usat vers us = +Usat.
• Rapport cyclique δ : Fraction de la période correspondant à la durée de charge du condensateur entre uBH et uHB.

📝 Points essentiels

• uHB et uBH vérifient une condition de basculement obtenue en imposant ε = 0, ce qui donne uHB = (Usat/2) * (R2/(R1+R2)) et uBH = (Usat/2) * (R1/(R1+R2)) dans l’écriture du cours.
• Le condensateur se charge pendant la phase qui dure t0 (début sur uc(0)=0) puis la sortie bascule à uc = uHB.
• Quand la décharge a lieu, la phase dure T1 et la sortie bascule à uc = uBH.
• Si R1 = R2 alors T1 = T2 = RC·Log(3) et la période vaut T = T1 + T2 = RC·Log(9), avec un rapport cyclique δ = 0,5.

💡 Astuce mémo

R1=R2 ⇒ symétrie temporelle : δ=0,5 et T1=T2.

📖 5. Astable à porte TRIGGER

🔑 Notions clés & Définitions

• Porte TRIGGER inverseur : Porte CMOS où la sortie commute selon deux seuils distincts UBH et UHB au lieu d’un seul seuil.
• Seuils UBH et UHB : Deux tensions de basculement telles que UBH < UHB, déterminant les conditions de sortie selon que ue monte ou descend.

📝 Points essentiels

• Dans un inverseur TRIGGER, ue > UHB impose uS = 0 et ue < UBH impose uS = UDD.
• Contrairement à une porte standard, la porte TRIGGER possède deux seuils, ce qui crée une hystérésis (UBH < UHB).
• En utilisant le modèle AOP, la durée T1 vérifie $U_{HB} ext{ (dans la forme du cours) }$ via la relation $T_{1}=RC obreak ext{Log}(...)$ et comme pour TRIGGER inverseur on a USB = 0, on obtient l’égalité particulière donnant $U_{HB}$ dans la formule de T1.
• Pour la phase de charge, comme USH = UDD, la durée T2 vérifie une relation du même type et aboutit à une paire de log en RC correspondant aux seuils de la porte TRIGGER.

💡 Astuce mémo

TRIGGER inverseur : ue haut au-dessus de UHB ⇒ 0 ; ue bas en dessous de UBH ⇒ UDD.

📖 6. Astable à deux portes logiques

🔑 Notions clés & Définitions

• Invers eur logique standard : Porte utilisée dans le montage, caractérisée par une tension de basculement ub = DDU/2 (avec un seul seuil par porte standard).
• Résistance de rappel Rp : Résistance suffisamment élevée qui permet de négliger le courant d’entrée du second inverseur devant le courant du circuit RC.

📝 Points essentiels

• Chaque porte standard bascule avec une unique tension $u_b = DDU/2$, et le montage exploite les chronogrammes de ue1 pour déterminer uS1 puis les seuils côté condensateur.
• La résistance Rp, assez grande, rend négligeable le courant d’entrée du second inverseur devant celui traversant le circuit RC, notamment quand ue2 < 0 ou ue2 > UDD.
• Pendant les phases, le montage suit un enchaînement de conditions initiales sur uC et ue2 (par exemple à t=0 : uS1=UDD et uC=0, puis uC=DDU/2 pendant la décharge, puis rehausse à uC=-DDU/2 lors de la recharge).
• Les relations de maille du cours donnent des expressions de ue2 en fonction de uC et de uS1, ce qui permet d’identifier les instants de basculement entre 0 et UDD sur uS1 et uS2.

💡 Astuce mémo

Deux inverseurs standard (un seuil chacun) + RC + Rp : le RC décide quand ue2 atteint le seuil DDU/2.

⚠️ Pièges & confusions fréquents

1. Confondre le comparateur à hystérésis (pas un multivibrateur) avec un multivibrateur : ici le basculement vient du changement de signe de ε et de deux seuils distincts.
2. Inverser les seuils : uHB correspond à ue qui augmente ( +Usat → -Usat ), alors que uBH correspond à ue qui diminue ( -Usat → +Usat ).
3. Croire que l’astable a un état stable : le cours précise qu’il n’en a aucun, il alterne entre deux états instables H et B.
4. Utiliser un seul seuil pour la porte TRIGGER : une porte TRIGGER a deux seuils (UBH et UHB) avec UBH < UHB.
5. Penser que Rp influence fortement le courant : le cours impose Rp suffisamment élevée pour négliger le courant d’entrée du second inverseur devant le courant RC.
6. Déduire la période sans le cas particulier R1=R2 : les valeurs T1 et T2 et le rapport cyclique δ se simplifient uniquement quand R1=R2.

✅ Checklist Examen

1. Expliquer pourquoi le comparateur à hystérésis inverseur commute uniquement quand ε change de signe.
2. Donner la différence entre uHB (seuil déclenché quand ue augmente) et uBH (seuil déclenché quand ue diminue).
3. Énoncer la propriété essentielle d’un multivibrateur astable : générateur autonome sans état stable et fournissant une tension périodique non sinusoïdale.
4. Identifier le rôle du condensateur dans le montage astable à AOP (élément évolutif qui se charge puis se décharge).
5. Énoncer les conditions initiales utilisées pour la charge (uc(0)=0, puis bascule à uc=uHB) et la décharge (uc(0)=uHB).
6. Donner le résultat de simplification pour R1=R2 : T1=T2=RC·Log(3) et δ=0,5.
7. Pour le TRIGGER inverseur, écrire les deux conditions de basculement : ue > UHB ⇒ uS=0 et ue < UBH ⇒ uS=UDD.
8. Rappeler la relation de seuil d’une porte standard dans le montage à deux portes : ub = DDU/2.
9. Justifier l’usage de Rp : expliquer pourquoi on peut négliger le courant d’entrée du second inverseur devant le courant RC.
10. Décrire le mécanisme général à deux portes : en partant des conditions sur ue1 et uS1, déterminer ue2 puis les phases de charge/décharge commandées par uC.