Tp portes logiques...I-ObjectifsduT.P. TP PSI OSCILLATEUR À PORTES LOGIQUES On cherche à réaliser...

TP PSI

OSCILLATEUR À PORTES LOGIQUES

TP PSI OSCILLATEUR À PORTES LOGIQUES

I-Objectifs du T.P

I-Objectifs du T.P.

I-Objectifs du T.P.

Partie 2 - Formation expérimentale

Notions et contenus Capacités exigibles

Oscillateur. Mettre en œuvre un ALI ou une portelogique pour réaliser un oscillateur.

Partie 3 - Formation disciplinaire

Notions et contenus Capacités exigibles

Porte logique. Mettre en œuvre une porte logiquepour réaliser un oscillateur.


I-Objectifs du T.P.


On cherche à réaliser un oscillateur multivibrateur astable à l’aide de portes

logiques c’est-à-dire de composants fonctionnant en régime saturé et dont l’état desortie dépend de l’état de deux entrées en suivant les règles de la logique booléenne.

I-Objectifs du T.P.


Les portes logiques sont donc très utilisées dans le traitement des signaux

numériques.



I-Objectifs du T.P.




En notant 0 et 1 les valeurs des différents états (correspondant à des valeurs detension qui différent suivant la technologie utilisée), on trouve différents types deportes :

Les portes logiques sont donc très utilisées dans le traitement des signaux

numériques.

porte schéma condition logiqueTable de

vérité

ET (ou AND)

La sortie est à 1 si les 2entrées sont à 1

OU (ou OR)

La sortie est à 1 si aumoins une des 2entrées est à 1

NON-ET (ou NAND)

La sortie est à 1 si les 2entrées ne sont passimultanément à 1

I-Objectifs du T.P.


E1 E2 S

1 1 1

1 0 0

0 1 0

0 0 0

≥1E1

E2S

E1 E2 S

1 1 1

1 0 1

0 1 1

0 0 0

&E1

E2S

E1 E2 S

1 1 0

1 0 1

0 1 1

0 0 1

&E1

E2S

Il existe d’autres portes logiques (voir par exemple ici)


I-Objectif II-Présentation du circuit intégré 4011

I-Objectifs du T.P

II-Présentation du circuit intégré 4011



Le circuits intégré de la série 4011 est l’un des composants de technologie CMOS leplus largement utilisé dans le monde.




Travail demandé : que signifie CMOS ?




Il contient quatre portes NAND indépendantes. Sa popularité est fondé sur le faitque n'importe quelle autre porte logique peut être créée en utilisant seulement desportes NAND.




Il contient quatre portes NAND indépendantes. Sa popularité est fondé sur le faitque n'importe quelle autre porte logique peut être créée en utilisant seulement desportes NAND.

À ce titre, le 4011 est idéal pour apprendre la logique numérique en électroniqueaussi bien qu‘en tant que pièce de rechange universelle pour réaliser une fonctionlogique quelconque.



&&

&&

1

6

4

3

2

5

7

14

9

11

12

13

10

8

VCC

masse

Le schéma du brochage du composant est le suivant :

Les broches 1, 2, 5, 6, 8, 9,12, 13 sont les entrées

des portes.

Les broches 3, 4, 10, 11sont les sorties desportes.

La broche 7 est reliée à lamasse.

La broche 14 est sous 5 V obtenuà partir de la sortie réglable del’alimentation (à vérifier avantd’appliquer la tension).



La porte NAND est dite universelle, car elle permet de reconstituer toutes lesautres fonctions logiques.

Par exemple, la porte NON (ou NOT), dont la table de vérité estpeut s’obtenir avec le circuit suivant :

& SE

E S

1 0

0 1



La porte NAND est dite universelle, car elle permet de reconstituer toutes lesautres fonctions logiques.

Par exemple, la porte NON (ou NOT), dont la table de vérité estpeut s’obtenir avec le circuit suivant :

& SE

E S

1 0

0 1

Travail demandé : En faisant varier la tension constanteE de 0 à VCC, vérifier la table de vérité d’une porte NON etdéterminer le seuil de basculement Vb entre l’état logique 0et l’état logique 1 lorsque E augmente, puis lorsque Ediminue.

&&

&&

1

6

4

3

2

5

7

14

9

11

12

13

10

8

VCC

masse



Travail demandé : vérifier électroniquement la table devérité d’une porte NAND en adoptant comme tension d’entréeVCC pour le niveau logique 1 et 0V pour le niveau logique 0.

&&

&&

1

6

4

3

2

5

7

14

9

11

12

13

10

8

VCC

masse


I-Objectif II-Présentation du circuit intégré 4011 III-Astables à portes logiques

1) Oscillateur à une porte

I-Objectifs du T.P


III-Astables à portes logiques





&On réalise le circuit suivant :

Travail demandé : Justifier que ce montage est un oscillateuret que la période d’oscillation est de l’ordre de grandeur dutemps de commutation de la porte.

Mesurer ce temps de commutation et le comparer à celuiannoncé dans le datasheet du composant.

&&

&&

1

6

4

3

2

5

7

14

9

11

12

13

10

8

VCC

masse




2) Oscillateur à deux portes

I-Objectifs du T.P


III-Astables à portes logiques







Il existe de nombreux montages de multivibrateurs astables utilisant deux portesNAND. En voici un exemple :

&

C

R = 100 kΩ

R’ = 1M Ω

C = 10 nFE2

S1& R’

R

S2

La résistance R’ sert à augmenter la résistance d’entrée de la porte (2). Elle doitrester grande devant R et alors, elle n’intervient pas dans l’expression de la périoded’oscillation.

(1) (2)





Il existe de nombreux montages de multivibrateurs astables utilisant deux portesNAND. En voici un exemple :

&

C

R = 100 kΩ

R’ = 1M Ω

C = 10 nFE2

S1& R’

R

S2

La résistance R’ sert à augmenter la résistance d’entrée de laporte (2). Elle doit rester grande devant R et alors, ellen’intervient pas dans l’expression de la période d’oscillation.

(1) (2)

Travail demandé : acquérir les tensions des points S1 , E2 etS2 par rapport à la masse. Représenter vS1(t), vS2(t) et v

c(t) =

vE2(t)− vS1(t) en indiquant l’état successif des portes.Mesurer la période pour plusieurs valeurs de R et tracer la

courbe T en fonction de R.

&&

&&

1

6

4

3

2

5

7

14

9

11

12

13

10

8

VCC

masse





&

C

E2

S1& R’

R

S2

La résistance R’ est supposée assez grande pour négliger l’intensité qui y circule.Justifier la relation

(1) (2)

vC

( )( ) ( ) ( )C

C S2 S1

dv tRC v t v t v t

dt+ = −

Calcul de la période





&

C

E2

S1& R’

R

S2


(1) (2)

vC

( )( ) ( ) ( )C

C S2 S1

dv tRC v t v t v t

dt+ = −

L’étude de la bascule NOT a montré que sa tension de sortie vaut 0 V ou VCC alorsque la tension de bascule Vb ≈ VCC/2. Par ailleurs on peut montrer que les deux portesne sont jamais simultanément dans le même état (si R’ est très grand).






&

C

E2

S1& R’

R

S2


(1) (2)

vC

( )( ) ( ) ( )C

C S2 S1

dv tRC v t v t v t

dt+ = −



On prend comme instant initial un instant de bascule de la porte (2) de l’état basà l’état haut. Les conditions initiales sont donc vS2(t = 0+) = VCC, vS1(t = 0+) = 0 et v

c(t =

0+) = vc(t = 0−) = vb− E d’après la continuité de la tension aux bornes du condensateur.





&

C

E2

S1& R’

R

S2

Déterminer vc(t) pour t ≥ 0 et déterminer l’instant t1 où se produit la nouvelle

bascule de la porte (2).

(1) (2)

vC



On prend comme instant initial un instant de bascule de la porte (2) de l’état basà l’état haut. Les conditions initiales sont donc vS2(t = 0+) = VCC, vS1(t = 0+) = 0 et v

c(t =

0+) = vc(t = 0−) = vb− E d’après la continuité de la tension aux bornes du condensateur.





&

C

E2

S1& R’

R

S2



(1) (2)

vC


Les conditions initiales pour t = t1+ sont donc vS2(t = t1

+) = 0, vS1(t = t1+) = VCC et

vc(t = t1

+) = vc(t = t1

−) = vb d’après la continuité de la tension aux bornes ducondensateur.





&

C

E2

S1& R’

R

S2



(1) (2)

vC



+) = 0, vS1(t = t1+) = VCC et

vc(t = t1

+) = vc(t = t1


Déterminer vc(t) pour t ≥ t1 et déterminer l’instant t2 où se produit la nouvelle






&

C

E2

S1& R’

R

S2



(1) (2)

vC



+) = 0, vS1(t = t1+) = VCC et

vc(t = t1

+) = vc(t = t1




En déduire l’expression de la période CC b CC b

b CC b

2ln ln

V V V VT RC

V V V

+ −= + −





&

C

E2

S1& R’

R

S2

Que devient l’expression de T si l’on tient compte de la relation entre VCC et E vueprécédemment ?

(1) (2)

vC



+) = 0, vS1(t = t1+) = VCC et

vc(t = t1

+) = vc(t = t1




En déduire l’expression de la période CC b CC b

b CC b

2ln ln

V V V VT RC

V V V

+ −= + −





&

C

E2

S1& R’

R

S2

Que devient l’expression de T si l’on tient compte de la relation entre VCC et E vueprécédemment ?

(1) (2)

vC


Travail demandé : comparer les résultats de ce modèle (allure des courbes etvaleur de la période) avec les résultats expérimentaux obtenus précédemment.


Complément :

Travail demandé : Étudier les montages indiqués dans ce document.Source : http://gilbert.perse.pagesperso-orange.fr/electronique/cmos/4011/4011-

applis.htm




TP PSI DIAGRAMME DE BODE FILTRAGE

C’est tout pour aujourd’hui

R & Q prod




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