Nous nous souvenons de notre précédent tutoriel concernant le minuteur 555, que pour le faire osciller en tant qu’oscillateur à onde carrée, nous devons le déclencher en continu avec la période de temporisation, T et donc la fréquence de sortie, ƒ, réglées par le condensateur de temporisation C et les résistances de rétroaction R_A et R_B. Le cycle de service, D, ainsi que la fréquence sont contrôlés par le rapport de ces résistances de temporisation.

Avec cela à l’esprit, nous pouvons concevoir notre multivibrateur 555 de base pour nous donner une fréquence de sortie d’environ 1500 hertz en utilisant les valeurs de composants préférées comme indiqué.

Circuit de Multivibrateur 555 de Base

L’utilisation des valeurs de composants données produira des valeurs de : t₁ = 375uS, t₂ = 325uS, T = 700uS, ƒ = 1430Hz ou 1.43kHz et un cycle de service, D d’environ 0.535, ou 53.5%.

Notez également que comme le cycle de service est de 53.5 %, lorsque l’oscillateur astable 555 est connecté à une tension d’alimentation de 9 volts, la tension de sortie DC équivalente moyenne présente sur la sortie, broche 3 sera : 9*0.535 environ égal à 4.8 volts, et lorsqu’il est connecté à une tension d’alimentation de 15 volts, la tension de sortie DC équivalente sera de 15*0.535, ce qui équivaut à environ 8 volts. Ce niveau de tension représente la tension d’entrée DC (V_IN) au circuit de multiplicateur de tension connecté.

Multiplicateurs de Tension 555

Les transformateurs sont des dispositifs très efficaces pour convertir une tension d’entrée AC primaire en une tension de sortie secondaire, soit en augmentant soit en diminuant la tension secondaire par rapport à la primaire. Mais que faire si nous voulons convertir une tension DC à l’état stable d’une valeur à une autre ? Dans ce cas, nous ne pouvons pas utiliser de transformateurs.

Le minuteur 555 peut être utilisé pour convertir une tension DC en une tension DC beaucoup plus élevée et même inverser la polarité d’une tension DC avec juste quelques composants supplémentaires ajoutés à sa broche de sortie. De nombreuses applications électroniques nécessitent différentes alimentations de tension à faible courant pour alimenter différentes parties d’un circuit, le simple oscillateur 555 ci-dessus étant configuré comme un multiplicateur de tension DC à DC sans transformateur, utilisé pour satisfaire nombre de ces applications basse puissance.

Circuit de Doubler de Tension 555

Le multiplicateur de tension DC à DC le plus basique et le plus facile à réaliser est le doubler de tension. Le 555 est configuré comme un multivibrateur astable pour fournir les conditions d’entrée au circuit “pompe de charge” créé à l’aide du réseau de diodes et de condensateurs comme montré.

Circuits 555 Partie 2 – Le Doubler de Tension

Ce simple circuit doubler de tension 555 se compose d’un oscillateur 555 et d’un unique réseau de doubler de tension diode-condensateur formé par C₃, D₁, D₂ et C₄. Ce circuit doubler de tension multiplie la tension d’alimentation et produit une sortie qui est approximativement le double de la valeur de la tension d’entrée moins les chutes de tension dues aux diodes.

Lorsque la sortie à la broche 3 est basse, le condensateur de 50uF (C₃) se charge jusqu’à la tension d’alimentation à travers la diode D₁ avec la diode D₂ éteinte. Lorsque la sortie du 555 devient haute, la tension à travers C₃ se décharge à travers la diode D₂, car D₁ est inversement polarisée, ajoutant sa tension à la tension de la source comme V_CC et C₃ sont maintenant comme deux sources de tension en série.

Le cycle de temporisation du 555 change d’état à nouveau de haut en bas et le cycle se répète, produisant ainsi une tension de charge DC qui est deux fois la tension d’entrée originale, c’est-à-dire un facteur de multiplication de deux (doubler de tension). Ainsi, un circuit doubler de tension 555 peut produire une tension de sortie d’environ 10 à 30 volts à très faible courant.

Un autre point à noter est que la fréquence d’oscillation du multivibrateur astable 555 utilisé pour générer le signal d’entrée à onde carrée déterminera la valeur des condensateurs utilisés, car ils, ainsi que la valeur de charge connectée, créent un circuit de charge/décharge RC pour filtrer la tension de sortie. Une valeur de capacité trop faible, ou une fréquence d’oscillation trop faible, produira des ondulations dans la forme d’onde de tension de sortie et donc une tension de sortie DC moyenne inférieure.

Sans charge connectée, la tension de sortie sera deux fois la tension d’alimentation originale du 555. La tension de sortie réelle dépendra de la valeur de la charge connectée, R_L, et du courant de charge, I_L. Comme indiqué, le circuit doubler de tension 555 ci-dessus peut fournir environ 30mA à la tension nominale.

Il existe de nombreuses variations du circuit doubler de tension ci-dessus, mais chacune utilise deux paires diode/capaciteur pour fournir le facteur de multiplication x2. En ajoutant ou en cascade davantage de réseaux diode/capaciteur au doubler de tension, nous pouvons créer des circuits capables de créer des rapports de multiplication de tension aussi élevés que nous le souhaitons.

Par exemple, en ajoutant une demi-combinaison diode/capaciteur au circuit doubler de tension 555, cela crée un circuit tripler de tension avec un facteur de multiplication de x3, et en ajoutant une deuxième section complète diode/capaciteur au circuit doubler de tension 555, cela créera un circuit quadrupler de tension avec un facteur de multiplication de x4, et ainsi de suite comme montré.

Circuits 555 Partie 2 – Le Tripler de Tension

Quadruple de tension utilisant le minuteur 555 en reliant deux réseaux de doubler de tension ensemble, donnant une tension de sortie d’environ 4V_IN si les pertes et les chutes de tension des diodes sont ignorées.

Circuit Quadruple de Tension 555

En plus de produire des multiplicateurs de tension avec différentes tensions de sortie positives, nous pouvons également les configurer pour produire des tensions de sortie négatives en inversant simplement les directions et les polarités des diodes et des condensateurs utilisés comme montré.

Circuits 555 Partie 2 – Le Doubler de Tension Négatif

Nous avons donc vu que les multiplicateurs de tension basés sur le minuteur 555 peuvent être utilisés pour doubler, tripler ou même quadrupler une tension d’alimentation unique afin de fournir diverses tensions de sortie positives et négatives. Bien qu’en théorie, il n’y ait pas de limite à la quantité de multiplication de tension pouvant être produite en cascades de plusieurs sections diode/capaciteur pour produire des tensions de plus en plus élevées comme celles utilisées dans les ionisateurs d’air ou les appareils anti-insectes, il faut cependant faire attention à éviter les chocs électriques lors de la manipulation de telles tensions de sortie élevées.

Circuits 555 Partie 2 – L’Inverter DC à AC

Nous pouvons aller encore plus loin avec cette idée de multiplicateur de tension 555 en utilisant le circuit de base du minuteur 555 pour produire un onduleur DC à AC. Avec le 555 configuré pour fonctionner comme un oscillateur à onde carrée et quelques composants supplémentaires, nous pouvons produire une sortie en onde sinusoïdale au niveau de tension souhaité, soit 120 volts, soit 240 volts comme montré.

Inverter DC à AC 555

Alors comment fonctionne le circuit onduleur DC à AC 555 ? Le minuteur 555 est configuré pour osciller en tant que multivibrateur astable produisant une sortie à onde carrée comme avant. Cette fois, toutefois, nous voulons que la fréquence de sortie soit la même que celle de la fréquence du réseau AC, c’est-à-dire soit 50Hz soit 60Hz et cela est réalisé à l’aide d’un potentiomètre de 47kΩ.

La résistance de temporisation R_B se compose d’une résistance de valeur fixe de 100kΩ en série avec un potentiomètre de 47kΩ. Lorsque le potentiomètre est réglé de sorte que son balai soit en position zéro, R_B = 100kΩ (0 + 100kΩ), et lorsqu’il est réglé dans l’autre direction à sa position maximale, R_B = 147kΩ (47kΩ + 100kΩ).

En utilisant donc les formules précédentes, la fréquence de sortie du 555 peut être ajustée à l’aide du potentiomètre d’environ 46Hz à 65Hz, fournissant les fréquences de sortie de 50Hz ou 60Hz comme nous nous attendrions à les voir à partir de l’alimentation AC.

La fréquence de sortie à onde carrée de la broche 3 du 555 est alimentée par une résistance limitant le courant, R₁, vers les bases de deux transistors complémentaires. Lorsque la sortie est haute (source de courant), le transistor NPN conduit et le transistor PNP est OFF, et lorsque la sortie est basse (puits de courant), le transistor PNP conduit et le transistor NPN est OFF. Ainsi, à mesure que le signal de sortie à onde carrée alterne entre haut et bas, il commute l’un ou l’autre des transistors car ils sont des paires complémentaires.

Les transistors TR₁ et TR₂ peuvent être n’importe quel transistor NPN et PNP complémentaire raisonnable comme le TIP41, 2N2222 et TIP42, 2N2907 respectivement, ou une paire Darlington appariée comme le NPN TIP140, TIP3055 et PNP TIP145, TIP2955 respectivement. Le choix des transistors de sortie dépendra des spécifications de tension et de courant du primaire du transformateur, mais idéalement, il doit avoir une faible puissance VA.

Le stade de sortie complémentaire de TR₁ et TR₂ est utilisé pour alimenter le primaire d’un petit transformateur dont le rapport de tours primaire à secondaire produira la tension de sortie souhaitée. Cependant, si nous devions alimenter directement le primaire du transformateur depuis l’étage de transistor, la forme d’onde de sortie du secondaire du transformateur serait celle d’une onde carrée. Donc comme nous construisons un onduleur DC à AC, nous avons besoin d’un moyen de convertir la sortie carre du minuteur 555 sur la broche 3 en une forme d’onde de forme sinusoïdale depuis le secondaire du transformateur.

Le circuit filtre RLC connecté entre l’étage de transistor et le primaire agit comme un circuit de résonance RLC accordé à la fréquence de sortie requise. Cependant, comme nous pouvons ajuster la fréquence de sortie entre 46Hz et 65Hz à l’aide du potentiomètre, la fréquence de résonance des circuits de résonance RLC ne sera pas exacte pour les fréquences de 50Hz ou 60Hz, mais nous pouvons calculer les valeurs pour quelque part entre.

En utilisant des valeurs de composants standards préférées, le réseau de filtre consistant en la résistance R₂, l’inductance L₁ et le condensateur C₃ produit un circuit de résonance RLC accordé à environ 52Hz. Le primaire du transformateur est connecté à travers le condensateur produisant une forme d’onde raisonnablement sinusoïdale sur le secondaire à la tension requise déterminée par le rapport de tours du transformateur.

Nous pouvons donc utiliser le minuteur 555 pour produire un onduleur DC à AC très basique à la tension et fréquence de sortie AC requises, par exemple 120V à 60Hz, ou 240V à 50Hz, à partir d’une seule alimentation DC de 12 volts avec une puissance de sortie dépendant de l’étage transistor de sortie et du transformateur utilisés.