Résumé

Le NE555P, communément appelé circuit intégré de temporisation 555, est un circuit intégré (CI) polyvalent et largement utilisé, conçu à l'origine par l'ingénieur suisse Hans Camenzind en 1971 alors qu'il travaillait pour Signetics, une société pionnière des semi-conducteurs en Californie. Réputé pour sa simplicité et son adaptabilité, le circuit intégré de temporisation 555 est devenu un composant essentiel dans une myriade d'applications électroniques, des simples temporisateurs et de la génération d'impulsions aux tâches plus complexes telles que la modulation de largeur d'impulsion (PWM) et les circuits oscillateurs. Ses performances robustes et sa facilité d'intégration ont consolidé son statut d'élément de base dans les environnements électroniques éducatifs et professionnels. L'importance du NE555P réside non seulement dans ses spécifications techniques, mais aussi dans son impact historique. La conception du CI utilise une architecture minimaliste qui nécessite peu de composants externes, ce qui lui permet d'être facilement compris et mis en œuvre par les ingénieurs et les amateurs. Avec une plage de tension de fonctionnement généralement comprise entre 4,5 V et 18 V, le temporisateur 555 démontre une compatibilité impressionnante avec diverses sources d'alimentation et systèmes électroniques, garantissant un fonctionnement fiable dans un large éventail de conditions. Sa configuration interne, composée de 25 transistors, 2 diodes et 15 résistances, lui permet de fonctionner efficacement comme un temporisateur, un oscillateur ou un circuit à bascule. La polyvalence du NE555P est également illustrée par ses trois principaux modes de fonctionnement : monostable, astable et bistable. En mode monostable, le circuit intégré génère une seule impulsion de sortie en réponse à un déclencheur externe, adapté aux applications nécessitant des délais précis. Le mode astable facilite l'oscillation continue, idéale pour générer des signaux d'horloge ou des impulsions répétitives. Le mode bistable permet au temporisateur 555 de maintenir l'un des deux états de sortie stables jusqu'à ce qu'il reçoive un signal de déclenchement, utile pour les applications à bascule et les fonctions de mémoire de base. Ces modes de fonctionnement ont permis d'utiliser le temporisateur 555 dans un éventail d'applications pratiques et innovantes, des simples clignotants à LED aux circuits de temporisation complexes dans l'électronique grand public et les appareils industriels. Malgré les progrès de la technologie électronique, le NE555P reste un choix privilégié en raison de son faible coût, de sa disponibilité généralisée et de sa fiabilité éprouvée. Son héritage est mis en évidence par des milliards d'unités vendues au cours des cinq dernières décennies, et il continue d'être un outil fondamental dans la boîte à outils des ingénieurs, des éducateurs et des passionnés d'électronique. La popularité durable du circuit intégré de temporisation 555 témoigne de sa conception ingénieuse et de l'impact profond qu'il a eu sur le développement des circuits et systèmes électroniques dans le monde entier.

Histoire

Le NE555P, communément appelé circuit intégré de temporisation 555, a une riche histoire qui commence avec son inventeur, Hans Camenzind. Né en Suisse, Camenzind a émigré aux États-Unis où il a d'abord travaillé chez PR Mallory, une entreprise connue pour ses piles sèches, avant de rejoindre Signetics en 1968

Signetics a été fondée par d'anciens ingénieurs de Fairchild qui pensaient que l'avenir de l'électronique résidait dans les circuits intégrés plutôt que dans les simples transistors. En 1971, Camenzind, alors qu'il travaillait sous contrat pour Signetics, a conçu le circuit intégré de temporisation 555. Ce contrat était très avantageux pour Camenzind car il lui fournissait la moitié de son salaire pendant un an et l'accès à tout l'équipement électronique nécessaire. Ce circuit intégré emblématique est rapidement devenu indispensable dans diverses applications, allant des simples temporisateurs aux tâches complexes de génération d'impulsions. Le circuit intégré de temporisation 555 est célébré pour sa simplicité et sa polyvalence, ce qui a conduit à son adoption généralisée. Aujourd'hui, il est toujours produit par de nombreux fabricants dans sa forme bipolaire d'origine, ainsi que dans des variantes CMOS à faible consommation. Malgré l'évolution de la technologie, le temporisateur 555 reste un incontournable dans les milieux éducatifs et professionnels, démontrant son impact durable sur le domaine de l'électronique. Les contributions de Hans Camenzind s'étendent au-delà du temporisateur 555. En 1969, il a introduit le concept de boucle à verrouillage de phase dans les circuits intégrés, démontrant ainsi ses prouesses innovantes. Après avoir vendu sa société, InterDesign, en 1977, il s'est consacré à divers intérêts, notamment l'écriture et la recherche sur l'histoire de l'électronique. Son livre, « Much Ado About Almost Nothing », publié en 2007, reflète sa profonde fascination pour l'histoire et le développement de la technologie électronique. Camenzind est décédé le 8 août 2012, mais son héritage perdure à travers l'omniprésent minuteur 555 et ses nombreuses contributions au domaine de l'électronique.

Conception et spécifications

Le NE555P, une variante du circuit intégré de minuterie classique 555, présente une architecture simple et des composants externes minimes, ce qui le rend facile à comprendre, à intégrer et à dépanner dans les circuits électroniques

Le temporisateur 555 a été conçu à l'origine par Hans Camenzind en 1971 alors qu'il était employé par Signetics, une société de semi-conducteurs en Californie. La conception initiale a été revue à l'été 1971 et a subi une révision importante lorsque Camenzind a décidé d'utiliser une résistance directe au lieu d'une source de courant constant, ce qui a réduit le nombre de broches requis de 9 à 8. Ce changement de conception a permis au circuit intégré d'être conditionné dans un boîtier à 8 broches au lieu d'un boîtier à 14 broches, simplifiant ainsi son utilisation et sa fabrication. Le NE555P fonctionne sur une large plage de tensions d'alimentation, généralement de 4,5 V à 18 V, ce qui le rend compatible avec une grande variété de systèmes électroniques et de sources d'alimentation. Il est connu pour sa robustesse et sa fiabilité dans diverses conditions de fonctionnement, y compris les variations de température et les fluctuations de tension d'alimentation. L'architecture interne du NE555P comprend 25 transistors, 2 diodes et 15 résistances, ce qui lui permet de fonctionner comme un circuit de temporisation, d'oscillateur ou de bascule. L'une des caractéristiques clés du NE555P est son circuit de sortie, qui peut fournir ou absorber du courant, et prendre en charge des charges allant jusqu'à 200 mA. Cette capacité le rend polyvalent pour diverses applications, des circuits de temporisation simples aux commandes de modulation de largeur d'impulsion (PWM) plus complexes. Les niveaux de sortie sont bien définis dans la plage d'alimentation de 5 V à 15 V et s'alignent parfaitement avec les entrées TTL lorsqu'elles sont alimentées en 5 V, garantissant la compatibilité avec d'autres composants numériques. Le NE555P se distingue également par son faible coût et sa disponibilité généralisée, le rendant accessible aux amateurs, aux étudiants et aux professionnels. Sa simplicité de conception et sa flexibilité en ont fait un incontournable de la communauté électronique, avec des milliards d'unités vendues au cours des 50 dernières années. Le temporisateur continue d'être un choix populaire à des fins éducatives et pour une variété d'applications pratiques, telles que les contrôleurs de servo, les jouets, les applications spatiales et les amplificateurs de classe D.

Fonctionnalité

Le circuit intégré (CI) de temporisation 555 est un composant polyvalent et largement utilisé en électronique, capable de fonctionner dans trois modes différents : monostable, astable et bistable, chacun offrant des fonctionnalités de temporisation uniques.

Mode monostable

En mode monostable, le temporisateur 555 génère une seule impulsion de sortie en réponse à un signal de déclenchement externe. Ce mode est couramment utilisé dans des applications telles que les boutons « TRY ME » dans les décorations animatroniques et les accessoires motorisés, où appuyer sur un bouton déclenche une courte séquence animée qui comprend des lumières, des sons et des mouvements, avant que le système ne se réinitialise.

. La durée de l'impulsion de sortie est déterminée par une résistance externe et un condensateur connectés au minuteur. Cette fonctionnalité est également utile pour créer une activation de mouvement chronométrée dans des accessoires motorisés ou des animatroniques.

Mode astable

Le mode astable est utilisé lorsqu'une oscillation continue est requise. Dans ce mode, le temporisateur 555 produit une sortie d'onde carrée continue, qui alterne entre les états haut et bas. Les composants de temporisation, deux résistances (R1 et R2) et un condensateur (C1), déterminent la durée de l'état haut (T_high) et de l'état bas (T_low)

.

• T_haut = 0.
• T_bas = 0.
• Période totale (T) = 0.
• Fréquence (f) = 1 / T = 1. Le mode astable est particulièrement utile pour générer des impulsions d'horloge, la génération de tonalités et d'autres applications nécessitant un signal d'onde carrée stable et cohérent.

Mode bistable

Le mode bistable, également appelé mode bascule, permet au temporisateur 555 de maintenir l'un des deux états de sortie stables (haut ou bas) jusqu'à ce qu'il reçoive une impulsion de déclenchement ou de réinitialisation. Dans cette configuration, le temporisateur 555 fonctionne sans condensateurs de temporisation, en basculant son état de sortie en fonction des signaux aux entrées de déclenchement (broche 2) et de réinitialisation (broche 4)

Ce mode est utile pour des applications telles que l'élimination des rebonds des commutateurs et la formation d'unités de mémoire de base, où une commande manuelle ou déclenchée est nécessaire pour allumer et éteindre les appareils. Le circuit interne du temporisateur 555 comprend trois résistances de 5K dans son réseau diviseur de tension, ce qui est une caractéristique déterminante et contribue à son nom. De plus, le circuit intégré contient deux comparateurs, une bascule, un transistor de décharge et un étage de sortie, entre autres composants.

Applications

Le circuit intégré de temporisation NE555P de Texas Instruments est un composant extrêmement polyvalent largement utilisé dans diverses applications électroniques. Ses configurations de broches standardisées et ses fiches techniques détaillées facilitent son intégration dans les circuits électroniques, améliorant ainsi sa facilité d'utilisation

Ce circuit intégré est utilisé dans une multitude de projets amateurs et d'applications commerciales en raison de sa fiabilité et de son fonctionnement stable. Le NE555P est souvent utilisé dans les fonctions de chronométrage, qui peuvent être appliquées à une large gamme de projets pratiques. Par exemple, il est utilisé dans la construction d'amplificateurs audio à faible puissance capables de piloter de petits haut-parleurs, des circuits d'orgues jouets qui imitent les sons du piano et des circuits de chronomètre numérique pour compter les secondes. De plus, le NE555P est un composant essentiel dans la création de circuits de cube LED 3x3x3 et de circuits de clignotement LED simples, qui sont populaires parmi les passionnés d'électronique. De plus, le NE555P peut être trouvé dans des applications plus sophistiquées, telles que les commutateurs de télécommande IR pour les appareils électroménagers, les circuits de protection de stationnement qui détectent les obstacles à l'aide de capteurs infrarouges et les variateurs LED PWM pour les solutions d'éclairage réglables. Sa polyvalence s'étend aux utilisations industrielles, y compris les minuteries marche/arrêt programmables avec des capacités de télécommande RF et les vérificateurs de vitesse pour les autoroutes. L'adaptabilité du NE555P à diverses alimentations et sa capacité à maintenir un fonctionnement stable de l'oscillateur, avec des tensions d'alimentation allant de 4,5 V à 16 V, améliorent encore son utilité dans différents projets. Ce circuit intégré continue d'être un choix privilégié pour de nombreuses applications, en raison de sa documentation complète, de sa facilité d'utilisation et de ses performances fiables.

Variantes

Le circuit intégré de temporisation NE555, développé à l'origine dans les années 1970, a connu de nombreuses variantes au fil des ans, chacune adaptée à différentes applications et exigences de performances. Parmi celles-ci, les NE555N et NE555P se distinguent par leurs configurations de broches identiques, ce qui simplifie leur interchangeabilité dans divers circuits sans nécessiter de modifications substantielles

Bien que tous les circuits intégrés de la famille 555 partagent le même brochage, ils ne partagent pas nécessairement les mêmes spécifications.

Versions bipolaires et CMOS

À l'origine, le NE555 était un circuit intégré bipolaire, utilisant des transistors à jonction bipolaire (BJT). Cette version, comme le NE555, est connue pour ses performances robustes, mais est moins adaptée aux applications à faible consommation en raison de sa dissipation de puissance plus élevée et de ses pics de courant

. Cette limitation a conduit au développement de versions CMOS du temporisateur 555, telles que le TI TLC555 et le 7555. Les variantes CMOS, qui utilisent la technologie CMOS (complémentaire métal-oxyde-semiconducteur), offrent des avantages significatifs, notamment une tolérance d'alimentation plus large, des besoins d'entraînement réduits et une consommation de courant considérablement inférieure par rapport à leurs homologues bipolaires.

Variantes spécifiques et leurs caractéristiques

1. NE555N et NE555P:Ces deux variantes présentent une architecture simple qui nécessite un minimum de composants externes, ce qui les rend faciles à intégrer et à dépanner dans les circuits électroniques. Elles fonctionnent sur une large plage de tensions d'alimentation (généralement de 4,5 V à 18 V), ce qui permet une compatibilité avec une variété de systèmes électroniques et de sources d'alimentation. De plus, ces variantes sont connues pour leur robustesse et leur fiabilité dans diverses conditions de fonctionnement, y compris les variations de température et les fluctuations de tension d'alimentation.
2. NA555, SE555 et NE555:Ces variantes présentent une gamme de caractéristiques de fonctionnement cruciales pour la conception de circuits. Par exemple, l'erreur initiale de l'intervalle de temporisation, mesurée à 25 °C, est de 1% pour le NE555, 1,5% pour le SE555 et 0,5% pour le NA555. Le coefficient de température de l'intervalle de temporisation varie également, avec le NE555 à 50 ppm/°C, le SE555 à 100 ppm/°C et le NA555 à 30 ppm/°C.

Paquets et adaptations modernes

Bien que la version en boîtier métallique du temporisateur 555 ne soit plus disponible, le boîtier DIP-8 reste utilisé. De plus, de nouveaux boîtiers à montage en surface, jusqu'à l'échelle de la puce, ont été introduits. Certains fabricants ont également créé des variantes simplifiées pour réduire le brochage, répondant aux besoins spécifiques des conceptions électroniques modernes. Malgré ces avancées, le temporisateur 555 reste un composant polyvalent, avec la possibilité pour les passionnés d'assembler des versions personnalisées pour des applications uniques ou comme projet d'apprentissage

.

Comparaison avec d'autres minuteurs

Le NE555P, développé par Texas Instruments, est un temporisateur très polyvalent et couramment utilisé dans le domaine de l'électronique DIY en raison de sa taille compacte, de son prix abordable et de ses applications multiformes

. Comparé à d'autres circuits de temporisation, le NE555P se distingue par sa capacité à fonctionner dans différents modes (monostable, bistable et astable), chacun offrant des caractéristiques et des fonctionnalités uniques qui le rendent adapté à une large gamme d'applications. En mode monostable, le NE555P fonctionne comme une minuterie à un coup, produisant une seule impulsion de courant lorsqu'il est déclenché. Ce mode est souvent utilisé pour générer des délais précis, comme l'extinction d'une LED exactement 5 secondes après avoir appuyé sur un bouton. En revanche, son mode astable permet une oscillation continue, ce qui le rend adapté à la génération de signaux d'horloge, de modulation de fréquence et de modulation de largeur d'impulsion (PWM) pour le contrôle du moteur. Le mode bistable, en revanche, est utilisé pour les applications de basculement où la sortie doit basculer entre deux états. D'autres temporisateurs, comme les diviseurs de décade 4017B et 4020B, offrent des capacités de temporisation étendues mais nécessitent souvent des configurations plus complexes et des composants supplémentaires. Par exemple, un circuit de temporisation à sortie relais pratique peut être créé en utilisant une combinaison du temporisateur 555 et du diviseur à 14 étages 4020B, permettant des temporisations allant d'une minute à 100 minutes. Pour des temporisations encore plus longues, jusqu'à 20 heures, le 4017B peut être intégré entre la sortie du 555 et l'entrée du 4020B pour obtenir un rapport de division global de 81 920. Ces configurations mettent en évidence la flexibilité et la portée du temporisateur 555 dans des conceptions de temporisateurs plus élaborées. De plus, le NE555P est particulièrement apprécié pour sa facilité d'utilisation dans la création de circuits de temporisation de base qui se composent d'un circuit de charge résistance-condensateur (RC), d'un comparateur et d'une unité de sortie. Le temps de charge du condensateur, contrôlé par la résistance, est essentiel pour déterminer les intervalles de temporisation, et cette simplicité en fait un choix accessible aussi bien pour les débutants que pour les utilisateurs avancés.

Limitations techniques

Malgré l'utilisation répandue et la polyvalence du NE555P, il présente certaines limitations techniques. L'une des limitations notables est que toutes les fonctions ne sont pas transmises aux broches dans certaines variantes, comme la puce 558, qui est conçue principalement pour les applications multivibratoires monostables

. De plus, bien que le NE555P offre des performances fiables et stables, son processus de production n'inclut pas nécessairement le test de tous les paramètres. Cela peut être particulièrement important pour les applications nécessitant des tests de paramètres précis et exhaustifs. Texas Instruments note que les produits sont conformes aux spécifications selon les termes de leur garantie standard et que tous les paramètres ne peuvent pas être testés en production. Une autre limitation est liée aux types de boîtiers disponibles. Le NE555 a été initialement conçu avec une configuration à 9 broches, mais a ensuite été révisé en un boîtier à 8 broches, ce qui peut affecter les choix de conception et l'intégration pour des applications spécifiques. Pour les applications critiques, il est conseillé aux utilisateurs d'être conscients de ces contraintes et de vérifier les dernières fiches techniques et données de production pour obtenir des informations à jour sur les tests de paramètres et la conformité.

Implémentations notables

Le minuteur 555, inventé par Hans Camenzind en 1971 alors qu'il travaillait chez Signetics, a été largement utilisé dans divers domaines, des produits commerciaux aux projets amateurs. La conception initiale était si robuste et polyvalente qu'elle est restée pratiquement inchangée pendant plus de 40 ans, ce qui en fait l'une des conceptions les plus durables de l'histoire

L'une des premières et des plus célèbres implémentations du temporisateur 555 a été dans l'ordinateur Commodore 64, où il a été utilisé dans des applications de chronométrage et de contrôle. Au-delà de l'informatique, le temporisateur 555 a trouvé des applications dans les jouets et même dans les engins spatiaux, démontrant sa fiabilité et sa polyvalence dans des environnements divers et exigeants. Le 555 à technologie bipolaire d'origine ne nécessitait pas de durcissement aux radiations, mais seulement des tests rigoureux, pour être qualifié pour les missions spatiales. Le temporisateur 555 fonctionne dans trois modes principaux : monostable (monocoup), astable (oscillateur) et bistable (bascule), qui sous-tendent sa large gamme d'applications. Ces modes permettent d'utiliser le temporisateur 555 dans les fonctions de chronométrage, de génération d'impulsions et d'oscillation dans d'innombrables circuits. Sa facilité d'utilisation, sa fiabilité et sa simplicité en ont fait un incontournable de l'industrie électronique, avec des fiches techniques détaillées facilement disponibles pour des variantes comme le NE555N et le NE555P. Bien que les produits commerciaux modernes aient largement remplacé le temporisateur 555 par des conceptions System on a Chip (SoC) pour réduire le nombre de composants et le coût, le temporisateur 555 reste populaire dans la communauté des amateurs. Son prix abordable et son intégration simple dans les circuits électroniques en font un composant incontournable pour les amateurs d'électronique DIY. La popularité durable du temporisateur 555 témoigne de sa conception ingénieuse et de l'impact considérable de ses applications.