Voir la source de NE555

[[Image:Signetics NE555N.JPG|thumb|right|NE555 dans un boitier [[Dual Inline Package|dual inline]]]]
[[Image:Ti_556.jpg|thumb|right|NE556, version double du 555]]
Le '''NE555''', plus couramment nommé '''555''', est un [[circuit intégré]] utilisé pour la temporisation ou en mode [[multivibrateur]] monostable et astable. Le NE555 est créé en 1970 par [[Hans R. Camenzind]]<ref name="Camenzind">{{en}} [http://semiconductormuseum.com/Transistors/LectureHall/Camenzind/Camenzind_Index.htm semiconductormuseum.com - An interview with Hans Camenzind]</ref> et commercialisé en 1972<ref>{{Lien web |titre=Oral History Hans Camenzind Historic 555 Integrated Circuit Index |url=http://www.semiconductormuseum.com/Transistors/LectureHall/Camenzind/Camenzind_Index.htm |site=www.semiconductormuseum.com |consulté le=2021-06-17}}</ref> par [[Signetics]] intégrée à [[NXP Semiconductors]] en 1975.<br>{{Référence souhaitée|En raison de sa facilité d'utilisation, son faible coût et de sa stabilité ce composant, fabriqué à un milliard d'unités|24 septembre 2021}}, est toujours utilisé de nos jours.

Le '''NE555''' contient 23 [[transistor]]s, 2 [[diode]]s et 16 [[Résistance (électricité)|résistances]]<ref>{{en}} [https://archive.org/details/Signetics555556Timers Signetics 1973 datasheet '''illustrée''' du NE555 et NE556]</ref> qui forment 4 éléments : 
* deux [[Amplificateur opérationnel|amplificateurs opérationnels]] de type comparateur ;
* une porte logique de type [[Inverseur (porte logique)|inverseur]] ;
* et une [[Bascule_(circuit_logique)#Verrou_RS_avec_porte_NON-OU|bascule SET-RESET]].

Le '''NE555''' peut fonctionner selon trois modes : [[Multivibrateur#Le_multivibrateur_monostable|monostable]], [[Multivibrateur#Le_multivibrateur_astable|astable]] ou [[Multivibrateur#Le_multivibrateur_bistable|bistable]].

== Historique ==
[[Fichier:Die of the first 555 chip.jpg|droite|200px]]
Hans R. Camenzind cultivait l'idée de concevoir un circuit intégré permettant de capturer un [[signal électrique]] en utilisant une [[boucle à verrouillage de phase]]. Il a eu cette idée à l'époque où il travaillait pour la société PR Mallory. Cependant, l'entreprise n'étant pas intéressée par la commercialisation des produits de leurs recherches sous forme de circuits intégrés, Camenzind quitta Mallory pour Signetics. Lors de son entrée à Signetics, il conçut deux circuits intégrés basés sur ce concept qui sont devenus le 565 et le 566. Ces deux composants nécessitaient pour leur fonctionnement un oscillateur simple et stable et peu de composants externes pour les configurer. C'est cet oscillateur qui devint la base du NE555 en lui ajoutant les fonctionnalités d'amorçage et d'arrêt. Signetics commercialisa le 555 en 1971 qui devint rapidement un des circuits intégrés parmi les plus populaires jamais construits<ref name="Camenzind" />.

== Brochage ==
[[Image:NE555 Symbol.svg|vignette|Symbole schématique du 555.]]
Le NE555 existe en version double avec l'appellation NE556. La table suivante présente les broches présentes sur la version simple dans un boîtier [[Dual_Inline_Package|DIP]]. Les autres boîtiers utilisent les mêmes noms de broches<ref>{{en}} [http://www.ti.com/lit/ds/symlink/ne556.pdf datasheet du NE556 Texas Instruments]{{pdf}}</ref>.

{| class="wikitable"
! # !! Nom !! Description
|-
| 1 || GND || Masse
|-
| 2 || TRIG  || Gâchette, amorce la temporisation - Détecte lorsque la tension est inférieure à {{frac|1|3}} de VCC
|-
| 3 || OUT   || Signal de sortie
|-
| 4 || RESET || Remise à zéro, interruption de la temporisation
|-
| 5 || CONT  || Accès à la référence interne ({{frac|2|3}} de VCC)
|-
| 6 || THRES || Déclenche la fin de la temporisation, lorsque la tension atteint {{frac|2|3}} de VCC, en montant
|-
| 7 || DISCH || Borne servant à décharger le condensateur de temporisation
|-
| 8 || VCC || Tension d'alimentation, généralement entre 5 et {{unité|15 V}}
|}

« NE555 » est le nom originel du composant proposé par [[Signetics]]. De nombreux fabricants ont proposé ce composant avec une compatibilité du brochage, et un préfixe différent. Aujourd'hui les versions CMOS de ce composant (tel que le LMC555<ref name="LMC555">{{en}} [http://www.ti.com/lit/ds/symlink/lmc555.pdf datasheet du LMC555 Texas Instruments]{{pdf}}</ref>) sont le plus souvent utilisées<ref>{{en}} [http://www.uoguelph.ca/~antoon/gadgets/555/555.html Tony van Roon - 555 timer tutorial]</ref>.

== Principe de fonctionnement ==
[[Image:NE555 Bloc Diagram.svg|right|vignette|350px|Schéma bloc simplifié du NE555.]]
[[Image:NE555 Internal Circuit.svg|droite|400px|Schéma interne du 555 en version bipolaire.]]
On peut voir à partir du schéma bloc les différents composants du NE555, soit :
* 2 comparateurs (jaune et orange) ;
* 3 résistances configurées en [[diviseur de tension]]. Les deux tensions respectivement de {{frac|1|3}} et {{frac|2|3}} de Vcc servent de références aux comparateurs (vert) ;
* 1 [[Bascule (circuit logique)|bascule]] SET-RESET contrôlée par les comparateurs (bleu foncé) ;
* 1 inverseur (rose) ;
* 1 transistor pour décharger le [[condensateur]] de temporisation (bleu ciel).

L'opération du 555 suit la logique de fonctionnement du schéma bloc présenté et peut prendre 4 états différents.
* '''Le signal RESET est à un niveau bas''' : La bascule est remise à zéro, le transistor de décharge s'active et la sortie reste impérativement à un niveau bas. Aucune autre opération n'est possible.
* '''Le signal TRIG est inférieur à {{frac|1|3}} de VCC''' : la bascule est activée (SET) et la sortie est à un niveau haut, le transistor de décharge est désactivé.
* '''Le signal THRES est supérieur à {{frac|2|3}} de VCC''' : la bascule est remise à zéro (RESET) et la sortie est à un niveau bas, le transistor de décharge s'active.
* '''Les signaux THRES et TRIG sont respectivement inférieurs à {{frac|2|3}} de VCC et supérieurs à {{frac|1|3}} de VCC''' : la bascule conserve son état précédent de même que pour la sortie et le transistor de décharge.

Ces états sont résumés dans le tableau suivant :

{| class="wikitable"
! RESET !! TRIG !! THRES !! OUT !! DISCH
|-
| 0 || X || X || 0 || Actif
|-
| 1 || <{{frac|1|3}} Vcc  || X || 1 || Inactif
|-
| 1 || >{{frac|1|3}} Vcc   || >{{frac|2|3}} Vcc || 0 || Actif
|-
| 1 || >{{frac|1|3}} Vcc || <{{frac|2|3}} Vcc
| colspan="2" | Valeur précédente
|}

=== Fonctionnement monostable ===
[[Image:NE555 Monostable Diagram fr.svg|thumb|350px|left|Diagramme schématique du NE555 en configuration monostable non redéclenchable]]

L'utilisation du NE555 en configuration [[Bascule monostable|monostable]] permet de générer une impulsion d'une durée définie seulement à l'aide d'une résistance et d'un condensateur comme illustrée dans le schéma ci-contre. Une impulsion est engendrée à la suite de l'application d'un front descendant à l'entrée du circuit (TRIG), le graphique ci-dessous présente les formes d'ondes résultantes.

Immédiatement après l'application du [[front descendant]] la bascule interne est activée ainsi que la sortie. Du même coup, le transistor de décharge est désactivé permettant au condensateur C de se charger à travers la résistance R. La forme d'onde aux bornes du condensateur est celle d'un circuit de premier ordre [[Circuit RC|RC]] face à un échelon de tension, c'est-à-dire une exponentielle croissante. Lorsque cette exponentielle atteint une valeur égale à deux tiers de la tension d'alimentation Vcc, la bascule interne est désactivée ramenant la sortie et le condensateur à zéro. La durée de l'impulsion <math>t_w</math> est donnée par la formule suivante :

<center>
:<math>
t_w = 1,1 \times R \times C
</math>
</center>

On trouve également le schéma du 555 en monostable redéclenchable, qui est à l'identique excepté la pin 4 Reset reliée au trigger : à chaque impulsion d'entrée le timer est réinitialisé même si l'impulsion précédente n'est pas terminée.

{{Boîte déroulante|titre=Développement|contenu=
[[Image:NE555 Monostable Waveforms fr.png|thumb|350px|right|Forme d'onde du NE555 en configuration monostable]]
La courbe de charge du condensateur est donnée par la formule suivante, voir [[circuit RC]] :

<center>
:<math>
V_C = V_{CC} ( 1 - e^{-t / RC} )~
</math>
</center>

Puisque la charge du condensateur commence à t=0, il suffit de résoudre l'équation précédente pour t :

<center>
:<math>
t = -RC \ln \left( 1 - \frac{V_C}{V_{CC} } \right) ~
</math>
</center>

La durée de l'impulsion est égale au temps nécessaire pour que le condensateur atteigne le {{frac|2|3}} de la valeur de Vcc donc :

<center>
:<math>
t_w = -RC \ln( 1 - 2/3) = RC \ln{3}~
</math>
</center>

En remplaçant  <math> \ln(3)~ </math> par sa valeur, on trouve :

<center>
:<math>
t_w \approx 1,1RC~
</math>
</center>

}}

=== Fonctionnement astable ===
[[Image:NE555 Astable.svg|thumb|350px|left|Diagramme schématique du NE555 en configuration astable]]
La configuration [[astable]] permet d'utiliser le NE555 comme [[Oscillateur (électronique)|oscillateur]]. Deux résistances et un condensateur permettent de modifier la fréquence d'oscillations ainsi que le [[rapport cyclique]]. L'arrangement des composants est tel que présenté par le schéma ci-contre. Dans cette configuration, la bascule est réinitialisée automatiquement à chaque cycle générant un train d'impulsion perpétuelle comme ci-dessous.

Une oscillation complète est effectuée lorsque le condensateur se charge de {{frac|1|3}} de Vcc jusqu'à {{frac|2|3}} de Vcc. Lors de la charge, les résistances <math>R_a</math> et <math>R_b</math> sont en série avec le condensateur, mais la décharge s'effectue à travers <math>R_b</math> seulement. C'est de cette façon que le rapport cyclique peut être modifié. La fréquence d'oscillations <math>f</math> ainsi que le rapport cyclique <math>\alpha</math> suivent les relations suivantes :

<center>
:<math>
f = \frac {1.44} { (R_a + 2R_b)C }
</math>       ;   <math>
\alpha = \frac {R_a + R_b} { (R_a + 2R_b) }
</math>
:On peut en déduire:
:
:<math>R_a = \frac {1.44 (2 \alpha - 1)} {f C}</math>   ;     <math>R_b = \frac {1.44 (1-\alpha)} {f C}</math>
</center>

{{Boîte déroulante|titre=Développement|contenu=
[[Image:NE555 Astable Waveforms.svg|thumb|350px|right|Forme d'onde du NE555 en configuration astable]]
Rappelons la formule développée dans la section précédente :

<center>
:<math>
t = -RC \ln \left( 1 - \frac{V_C}{ V_{CC} } \right)
</math>
</center>

Puisque la durée du niveau haut <math>t_H</math> est la période où le condensateur se charge de {{frac|1|3}} de Vcc jusqu'à {{frac|2|3}} de Vcc nous avons :

<center>
:<math>
t_H = \left[ -(R_a + R_b)C \ln(1 - 2/3) \right] - \left[ - (R_a + R_b)C \ln(1 - 1/3) \right]
</math>
</center>

En regroupant :

<center>
:<math>
t_H = (R_a + R_b)C \ln(2)~
</math>
</center>

En remplaçant  <math> \ln(2)~ </math> par sa valeur, on trouve :

<center>
:<math>
t_H \approx 0,693(R_a + R_b)C
</math>
</center>

Puisque la décharge ne se fait que par la résistance <math>R_b</math> l'équation pour <math>t_L</math> est :

<center>
:<math>
t_L \approx 0,693 R_b C
</math>
</center>

À partir de ces deux équations, il est possible de déduire la fréquence ainsi que le rapport cyclique de la façon suivante :

<center>
:<math>
f = \frac {1} {t_H + t_L}  = \frac { \frac {1} {\ln(2)} } { (R_a + 2R_b)C }
\approx \frac {1.44} { (R_a + 2R_b)C }
</math>
</center>

<center>
:<math>
\alpha = \frac {t_H} {t_H + t_L} =  \frac {R_a + R_b} {R_a + 2R_b}
</math>
</center>

}}

== Applications ==
Le circuit 555 est encore utilisé dans le milieu de l'éducation. On le trouve également dans des montages simples nécessitant peu de composants et une conception rapide (clignotement de LED, mesure de température, systèmes de comptage).
Il est tellement connu qu'un concours lui est dédié<ref>{{Lien web |titre=NE555, ça sait tout faire |url=https://podcloud.fr/podcast/brigade-neurale/episode/555-contest-une-ne555-ca-sait-tout-faire |date=21 avril 2011 |consulté le=25 octobre 2021}}</ref>.

== Les variantes du NE555 ==

Il existe plusieurs versions de ce circuit intégré. Le circuit ICM7555<ref>{{en}} [http://www.intersil.com/content/dam/Intersil/documents/icm7/icm7555-56.pdf#page=5 datasheet du ICM755 de Intersil]{{pdf}}</ref> est un NE555 modifié. Ce circuit comporte non pas des transistors bipolaires mais des [[transistor à effet de champ|transistors à effet de champ à grille isolée]]. De ce fait, en plus de consommer très peu de courant sa tension de fonctionnement est étendue (entre {{unité|2 V}} et {{unité|18 V}}). Par ailleurs le courant d'entrée des détecteurs de tensions est de l'ordre du pico ampère. Ce modèle en particulier est adapté pour des temporisateurs de précision alimentés en [[très basse tension]]. D'autres modèles ont des caractéristiques différentes encore. Certains peuvent osciller jusqu'à plusieurs [[Hertz|MHz]], d'autres peuvent fonctionner à des tensions très faibles (à partir de {{nobr|1 V}} pour certains modèles). Cependant, ces circuits-là sont bien plus coûteux que le NE555 standard et sont produits à moindre échelle. C'est pourquoi ils sont moins  accessibles au grand public.

== Circuits intégrés équivalents ==

Il existe plusieurs dérivés du circuit, entre autres :
* Bipolaire
** MC1455<ref>{{en}} [http://www.onsemi.com/pub_link/Collateral/MC1455-D.PDF datasheet du MC1455 ON Semiconductor]{{pdf}}</ref>
** NA555<ref name="TI_NE555">{{en}} [http://focus.ti.com/lit/ds/symlink/ne555.pdf datasheet du NE555 Texas Instruments]{{pdf}}</ref>
** SA555<ref name="TI_NE555" />
** SE555<ref name="TI_NE555" />
** XTR655<ref>{{en}} [http://www.x-relsemi.com/EN/Documentation/Datasheet/DS-00100-11-XTR650-HIGH-TEMPERATURE%20VERSATILE%20TIMER.pdf datasheet du XTR655 de X-REL Semiconductor]{{pdf}}</ref>
* MOSFET
** ICM7555
** LMC555<ref name="LMC555" />
**TLC555

== Notes et références ==
{{Références}}

== Voir aussi ==
{{Autres projets
|commons=Category:555 timer IC
|wikiversity=NE555
}}
=== Articles connexes ===
* [[Bascule monostable]]
* [[Multivibrateur]]

=== Liens externes ===
* {{Autorité}}
* {{Bases}}
* {{Dictionnaires}}
* [http://etronics.free.fr/dossiers/analog/analog60.htm  Timer 555] sur etronics.free.fr
* [http://www.zonetronik.com/ne555/ Le célèbre circuit intégré NE555]
* [http://ekalk.info/555a_fr.html Analyse et synthèse d'un circuit multivibrateur astable utilisant un circuit intégré NE555 - calculateur en ligne]
* {{en}} {{pdf}} [http://www.datasheetcatalog.net/datasheets_pdf/N/E/5/5/NE555.shtml Data sheets du NE555]

{{Portail|électricité et électronique}}

[[Catégorie:Circuit intégré]]