Trigger de Schmitt

Contexte

Pour des manipulations électroniques simples, on souhaite disposer d'un générateur de signaux carrés de fréquence variable de quelques kHz de variations. On va donc commencer par proposer une conception à l'aide de LTSpice. Le montage le plus simple, à l'instar de celui proposé en TP, repose sur l'utilisation d'une porte logique à hystérésis.

Le Trigger de Schmitt sous LTSpice

Le composant se nomme schmitt, et se représente sous la forme d'un comparateur au centre duquel est positionnée un cycle d'hystérésis. Notez les 2 sorties à logique complémentaire.

paramètrage du composant schmitt

Pour pouvoir être utilisé, ce composant nécessite des paramètres de simulation supplémentaires, à ajouter sur la ligne Value de la fenêtre Component Attribute Editor, après un clic droit sur le composant:

• Td : le temps de propagation à travers le circuit (on prendra Td=100n).
• Vt : Vt indique la valeur centrale de l'hystérésis (on prendra Vt=2.5).
• Vh : indique la demi-largeur du cycle d'hystérésis (on prendra Vh = 1).
• Vhigh : indique la valeur du niveau haut en sortie (on prendra Vhigh = 5).
• Vlow : indique la valeur du niveau bas en sortie (on prendra Vlow = 0).

A l'aide de ces informations, répondre aux questions :

• Q1) dessinez les deux cycles d'hystérésis disponibles en sortie à l'aide des infos précédentes,
• Q2) quelles sont donc les deux tensions de basculement de l'hystérésis, en fonction de Vt et Vh ? On appellera ces deux tensions VT(+) et VT(-).

la source LTSpice PWL

On souhaite tracer la caractéristique XY de ce composant. Pour cela, on utilise la source LTSpice PWL (Piece Wise Linear), qui définit la forme de la tension d'source, comme une succession de points de coordonnées (temps, valeur de la tension).

• insérer le composant schmitt sur un nouvel espace de simulation et paramétrer correctement le composant.
  • Q3) ajouter une source de tension PWL triangulaire permettant de tester notre composant schmitt convebablement.
  • Q4) tracer la caractéristique XY, & mesurer les seuils VT(+) et VT(-).
  • Q5) quelle relation existe entre les deux seuils précédents et les paramètres Vt et Vh.

En savoir plus sur le trigger de Schmitt sur Wikipédia...

L'oscillateur

Télécharger le circuit suivant :

• lancer une simulation et justifier qualitativement les courbes obtenues en Uc et Vs.
  • Q6) sur Vs, quelle est la fréquence mesurée ? Quel est le rapport cyclique ?
  • Q7) quel facteur numérique de proportionnalité existe t-il entre la période To des oscillations et la constante de temps du circuit R1C1 ?
  • Q8) rappelez l'équation générique de Uc(t), telle que vue en cours (avec constantes A & B).
  • Q9) montrer que les valeurs initiale (t=0) et finale (t infini) permettent de retrouver les valeurs numériques de A et B.
  • Q10) donner l'expression mathématique de Uc lors de la phase de décharge, en trouvant A et B à partir de l'évolution de la courbe LTSpice de Uc(t).
  • Q11) en déduire l'expression de la période To des oscillations, en fonction de R1C1, ainsi que de VT(-) et VT(+).

En savoir plus sur le composant trigger de Schmitt en circuit intégré.

Petites modifications...

Modifier la fréquence

• Q12) proposer un montage permettant d'obtenir une fréquence d'oscillation variable entre environ 1kHz & environ 20 kHz, pour un rapport cyclique de 50%. Simulez & vérifiez !

Modifier le rapport cyclique

[Difficile]

Proposer un montage permettant d'obtenir une fréquence d'oscillation de 44 kHz, et un rapport cyclique variable entre 10% et 90%.

• Q13) comment faire pour modifier le rapport cyclique ? Proposez une solution à votre enseignant et testez-la. Simulez & vérifiez !