Comprendre l'électronique par la simulation.
par Serge Dusausay  Espace lecteur  plan du site


 Article 29 
   Quelques informations supplémentaires des pages 177 à 182 du livre.


Comme indiqué en tout début de l'article, la famille T.T.L. est très ancienne, et la série standard, disparue. Il existe néanmoins les séries LS, ALS, ....
Les manipulations présentées ci dessous ont été réalisées avec un 74 LS 04.
On montre :
1) la réponse temporelle d'un inverseur TTL,
2) la réponse temporelle d'un oscillateur en anneau,
3) la caractéristique de transfert statique d'un inverseur.


1) Réponse temporelle : un inverseur
Un G.B.F. délivrant un signal carré de niveau 0 +5V à la fréquence 500 kHz est injecté à l'entrée d'un inverseur. On observe la sortie. Cette dernière débite vers un autre inverseur du même boîtier.
Le graphe ci dessous montre :
- trace supérieure : signal du G.B.F.
- trace inférieure : signal issu de l'inverseur T.T.L.

recopie d'écran scannérisée
Réponse temporelle : inverseur TTL
500 ns / carreau haut : CH1 : 2 V / c bas : CH2 : 2 V / c

Interprétation :
On reconnait la fonction inverseuse réalisée.

Une mesure fine sur le signal d'entrée montre :
- temps de montée = temps de descente = 62 ns.
Ces valeurs sont dues au G.B.F. utilisé.

Les mêmes mesures sur le signal de sortie , issu de l'inverseur donnent :
- temps de montée : 20 ns
- temps de descente : 8 ns
Ces temps sont liés à la charge présente sur la sortie TTL.
Ces chiffres montrent qu'il y a eu une mise en forme du signal. Cela est dû à ce que l'inverseur est plus rapide que le GBF utilisé.

Par rapport au chronogramme donné en page 181 du livre, les écarts sont justifiés par :
- inverseur LS et non standard,
- générateur présentant des temps de montée et de descente non nuls,
- présence -inévitable- de bruit, oscillations... lié au câblage, imperfection de l'alimentation, non adaptation avec l'oscilloscope...

2) Réponse temporelle : un oscillateur en anneau
Une façon rapide d'estimer les temps de traversée est de câbler un oscillateur en anneau. L'expérience a été faite avec 5 inverseurs du même boitier, qui en contient 6. Le schéma est classique, et est similaire à celui présenté par 43, dans l'article 5, l'inverseur CMOS.

Le graphe ci dessous montre le signal issu d'un inverseur T.T.L. quelconque pris dans la chaîne.

recopie d'écran scannérisée
Réponse de l'oscillateur en anneau formé par 5 inverseurs 74 LS 04
10 ns / carreau 1 V / c

Interprétation :
Le système délivre un signal périodique.
On perçoit très nettement un régime oscillatoire amorti. Ce phénomène est lié à la propagation (aller et retour) le long du câble de la sonde, car la mesure n'est pas en adapté. C'est donc un phénomène lié à la mesure, et non au montage sous test. (Il existe une onde incidente, puis réflechie, et par addition vectorielle, cela forme des minima et maxima.)
On mesure néanmoins la période : T = 45,65 ns.
Il est facile de vérifier que celle-ci s'écrit :
T = 5 tpLH + 5 tpHL.
Ce qui peut s'écrire également :
T = 10 tpmoy
avec :
tpmoy = (tpLH + tpHL)/2

L'application numérique donne :
tpmoy = 4,6 ns
Le constructeur (Texas Instruments) donne, dans les "data sheet", :
tpHL = 10 ns typique
tpLH = 9 ns typique.
Ce qui correspond à tpmoy = 9,5 ns
Ce chiffre est donné pour une charge de 15 pF et 2 kOhm
Dans cet essai, il n'y avait aucune charge, et l'oscilloscope était utilisé avec une sonde, ce qui ramène un condensateur de très faible valeur.
Il est donc normal de trouver des temps plus courts.

3) Caractéristique de transfert
On reprend le même montage que celui du paragraphe 1).
Le G.B.F. délivre un signal rampe de niveau 0 +5V en très très basse fréquence.
L'oscilloscope est en XY, 1V/carreau sur les 2 axes.
Le graphe ci dessous montre la caractéristique de transfert statique :

recopie d'écran scannérisée
Caractéristique de transfert d'un inverseur TTL LS
1 V / c 1 V / c

L'axe X est situé à la première ligne en pointillé horizontale
L'axe Y est situé à la deuxième ligne en pointillé verticale

Interprétation :
Cette réponse montre de très fortes similitudes par rapport à celle simulée et donnée en page 180.
Les écarts principaux sont :
- niveau haut à 4,5 V au lieu de 3,6 V simulé
- points anguleux décalés par rapport à ceux obtenus en simulation
- trace bruitée dans une partie de la caractéristique, lors de la commutation. Cela est du à un bref régime oscillatoire lors de la transition descendante, située dans la zone d'incertitude.
- et toujours, 74 LS 04 expérimental et 74 04 simulé.


En conclusion, les essais ont montré certains phénomènes que la simulation ne donnait pas.
Et que simplicité du schéma ne signifie pas simplicité de mesure : les phénomènes de bruit, d'oscillation, d'adaptation, de zone d'incertitude... qui peuvent être occultés en simulation sont présents expérimentalement.
Néanmoins les explications théoriques d'une part, et les simulations effectuées d'autre part, sont vérifiées dans une large proportion.

fin de l'article 29

retour à l'écran d'accueil