Chap 7 Les Oscillateurs Non Sinusoïdaux [PDF]

Zitiervorschau

Chap.7: Les Oscillateurs non Sinusoïdaux

Chap. 7: Les Oscillateurs non Sinusoïdaux Pr. Mohamed LAMHAMDI Ecole nationale des sciences appliquées Berrechid

DUT Génie Electrique – S3 -

Pr: Mohamed LAMHAMDI

Chap 7: Les Oscillateurs non Sinusoïdaux

Plan du cours

q Les oscillateurs électronique -

Besoin & Définition Type d’oscillateurs Les Oscillateurs non Sinusoïdaux

-

Définition Les Comparateurs simples Les comparateurs à hystérésis ou Tigger de Schmitt

-

Généralités Multivibrateur bistable à A.O Multivibrateur monostables à A.O Multivibrateur astable à base de l’A.O. Multivibrateurs à base du Timer 555

q Les Comparateurs

q Les multivibrateurs

DUT Génie Electrique – S3 -

Pr: Mohamed LAMHAMDI

Chap Chap 7: 6: Les Les Oscillateurs Oscillateurs non Sinusoïdaux Sinusoïdaux

Les oscillateurs électronique

Besoin & Définition •

• •

Dans le design de systèmes électroniques, il est souvent nécessaire d’avoir des signaux de forme spécifique, que ce soit : • Une onde triangulaire, • Une onde carré, • Une onde sinusoïdale, • Ou autre. On peut penser plus spécifiquement à un signal d’horloge, utilisé très souvent pour contrôler plusieurs & diffèrent circuits. Ils peuvent également être utilisés pour fabriquer directement des signaux classiques de tests en électronique (générateurs analogiques) ou pour fabriquer des porteuses en télécommunication.

Définition • •

Un oscillateur est un générateur de signaux périodiques sinusoïdaux ou non Un oscillateur est un amplificateur qui s'auto - alimente grâce à un 2ème amplificateur (atténuateur) qui réinjecte la tension de sortie vers l’entrée. • •

DUT Génie Electrique – S3 -

Ac : Gain complexe de la chaîne directe • A • φA Bc : Gain complexe de la chaîne de retour • B • φB Pr: Mohamed LAMHAMDI

Chap Chap 7: 6: Les Les Oscillateurs Oscillateurs non Sinusoïdaux Sinusoïdaux

Les oscillateurs électronique

Type oscillateur Les oscillateurs peuvent-être classés en deux grandes familles selon la forme d’onde qu’ils génèrent. Ø Les dispositifs qui délivrent des ondes ne contenant qu’un seul harmonique sont appelés ‘’oscillateurs harmonique ou sinusoïdaux’’. Ø Les systèmes qui génèrent les ondes dont le spectre est riche en harmonique sont appelés ‘’oscillateurs à relaxation où multivibrateurs’’.

Principe d’un oscillateur t Oscillateur sinusoïdal

Oscillateur de relaxation

DUT Génie Electrique – S3 -

Sortie

Sortie

Pr: Mohamed LAMHAMDI

Chap Chap 7: 6: Les Les Oscillateurs Oscillateurs non Sinusoïdaux Sinusoïdaux

Les oscillateurs électronique

Les Oscillateurs non Sinusoïdaux Les oscillateurs non sinusoïdaux (ou de relaxation) fournissent une tension de sortie non sinusoïdale (signaux carrés, rectangulaires,…).

Oscillateur de relaxation

Sortie

Nous trouvons dans cette rubrique : • Les comparateurs simples et à hystérésis; • Les multivibrateurs; • Les générateurs de fonction.

DUT Génie Electrique – S3 -

Pr: Mohamed LAMHAMDI

Chap Chap 7: 6: Les Les Oscillateurs Oscillateurs non Sinusoïdaux Sinusoïdaux

Les Comparateurs

Définition • • •

Le comparateur est un dispositif permettant de comparer une tension par rapport à une référence donnée. Son niveau de sortie est soit positif (représenté par un état) soit négatif (au potentiel de la tension d'alimentation). Le cas typique d’utilisation des comparateurs correspond à la situation ou l’on ne veut qu’une information. Des deux tensions disponibles au circuit laquelle est la plus grande ?

Deux types peuvent rencontrées: • Les comparateurs simples ne représentent ni contre réaction ni réaction; • Les comparateurs à hystérésis ou Trigger de Schmitt pourvus d’une réaction. DUT Génie Electrique – S3 -

Pr: Mohamed LAMHAMDI

Chap 7: Les Oscillateurs non Sinusoïdaux

Les Comparateurs

Les Comparateurs simples : Approche

•

Un comparateur de tension est un composant à deux entrées et une sortie dont la valeur est fonction de la tension différentielle d’entrée

ε = ve − vref.

•

La tension de sortie ne prend donc que deux valeurs vbas et vhaut associées au signe de la tension ε (ε = 0 est exclue).

+Vcc

e Ve

• • •

Vref

+ -

-Vcc

Vs

Nous définissons simplement l’état de la sortie en comparant le signal d’entrée à celui de la référence. Dans le présent exemple le signal d’entrée est appliqué sur l’entrée (+) et la référence sur l’entrée (-). Mais rien n’empêche de faire l’inverse.

DUT Génie Electrique – S3 -

Pr: Mohamed LAMHAMDI

Chap 7: Les Oscillateurs non Sinusoïdaux

Les Comparateurs

Les Comparateurs simples : Expression des tensions

+Vcc

e Ve

Vref

+ -

Vs

-Vcc

La relation de linéarité hors saturation s’écrit:

(

Vs = Ad e = Ad e + - e -

(

Vs = Ad e + - Vref • Si

Ve ñVref : e > 0

alors

• Si

Ve áVref : e < 0

alors

DUT Génie Electrique – S3 -

Vs ñ 0

Vs á 0

et et

)

)

Vs = +Vsat

Vs = -Vsat

Pr: Mohamed LAMHAMDI

Chap 7: Les Oscillateurs non Sinusoïdaux

Les Comparateurs

Les Comparateurs simples : Forme d’onde Ve

(1)

(2)

(1)

(2) (1) Ve áVref : e < 0

Vm Vref t

Vs = -Vsat (2) Ve ñVref : e > 0

Vs Vsat

Vs = +Vsat t

-Vsat Vs +Vsat Ve Vref -Vsat

DUT Génie Electrique – S3 -

Pr: Mohamed LAMHAMDI

Chap 7: Les Oscillateurs non Sinusoïdaux

Les Comparateurs

Les Comparateurs simples : Applications des comparateurs simples:

Parmi les applications simples, on peut cité: - La détection d’un niveau de tension de référence Vref; - La transformation d’un signal analogique variable en un signal numérique à 2 niveaux, permettent son traitement numérique - VH = +Vsat - VB = -Vsat, - Commande des relais statique; - Génération des signaux en modulation de la largeur d’impulsion (MLI) dans les amplificateurs à découplage (amplificateur de puissance).

DUT Génie Electrique – S3 -

Pr: Mohamed LAMHAMDI

Chap 7: Les Oscillateurs non Sinusoïdaux

Les Comparateurs

Les comparateurs à hystérésis : Approche

☞

comparateurs à deux seuils

VSEUIL2

VSEUIL1

•

• •

Les seuils de comparaison dépendent de la croissance ou de la décroissance de la tension d’entrée : • Lorsque VE1 croit le basculement de la sortie de VSAT- à VSAT+ se fait lorsque VE1 > VSEUIL2 • Lorsque VE1 décroit le basculement de la sortie de VSAT+ à VSAT- se fait lorsque VE1 0, e > 0, Vs > 0...et...Vs = +Vsat

Le basculement de la sortie s’effectue pour: sat Ve ­, Vs ¯ +-VVsat

pour

Ve =

Ve = e1+ =

R2 Vsat R1 + R2

R2 Vsat = e1+ R1 + R2

Comme Vs = - Vsat la nouvelle valeur du basculement de la sortie s’effectue pour:

R2 Ve = Vsat = e2+ R1 + R2 sat Ve ¯, Vs ­ +-VVsat pour..Ve = -

DUT Génie Electrique – S3 -

R2 Vsat = e2+ R1 + R2 Pr: Mohamed LAMHAMDI

Chap 7: Les Oscillateurs non Sinusoïdaux

Les Comparateurs

Les comparateurs à hystérésis : Comparateurs négatifs Ve

e1+ t

e2+

Ve á e1+ ; e1+ - Ve > 0, e > 0, Vs > 0...et...Vs = +Vsat

(

Vs = Ad e = Ad e + - Ve

+Vsat

)

t t1 -Vsat

t2

T = t1 + t2

sat Ve ­, Vs ¯ +-VVsat

DUT Génie Electrique – S3 -

Pr: Mohamed LAMHAMDI

Les Comparateurs

Chap 7: Les Oscillateurs non Sinusoïdaux

Les comparateurs à hystérésis : Comparateurs négatifs

(1)

Vs

+Vsat

(6) (2)

e2+

Ve

e1+

(5)

-Vsat

sat Ve ­, Vs ¯ +-VVsat

(3) (4)

→ Évolution positive de Ve impose: (1) → (3) ← Évolution négative de Ve impose : (4) → (6) La longueur de l’hystérésis:

DV = e1+ - e2+ = 2

DUT Génie Electrique – S3 -

R1 Vsat R1 + R2 Pr: Mohamed LAMHAMDI

Chap 7: Les Oscillateurs non Sinusoïdaux

Les Comparateurs

Les comparateurs à hystérésis : Comparateurs positifs

Les comparateurs positifs (non inverseurs) où le signal d’entrée est appliqué sur l’entrée (+).

Diagramme de transfert

DUT Génie Electrique – S3 -

Diagramme temporel

Pr: Mohamed LAMHAMDI

Chap 7: Les Oscillateurs non Sinusoïdaux

Les Comparateurs

Les comparateurs à hystérésis : Comparateurs positifs

Le schéma bloque d’un tel comparateur est représenté par la figure.

e Ve

+

Vs

R1 R2

Avant d’analyser le fonctionnement de ce montage, il faut définir les valeurs de Ve qui permettent le basculement de la sortie de l’AO. On a

e - = 0;

e+ =

R1 R2 Vs + Ve R1 + R2 R1 + R2

Le changement d’état de sortie s’effectue pour: Soit

R1 R2 0= Vs + Ve R1 + R2 R1 + R2

Les deux valeurs de basculement sont : DUT Génie Electrique – S3 -

e- = e+

D’où

R e = 1 Vsat , R2 + 1

Ve = -

R1 R Vs = - 1 (± Vsat ) R2 R2

R1 e = - Vsat . R2 + 2

Pr: Mohamed LAMHAMDI

Chap 7: Les Oscillateurs non Sinusoïdaux

Les Comparateurs

Les comparateurs à hystérésis : Comparateurs positifs Pour Ve < 0, et en particulier Ve < e2+, on a Vs = -Vsat ( car Ve est appliquée indirectement pour l’entrée (+) de l’A.O. R Donc la valeur de basculement de la sortie s’effectue pour : Ve = - 1 (- Vsat ) = e1+ R2

sat Ve ¯, Vs ¯ +-VVsat pour...Ve = -

DUT Génie Electrique – S3 -

R1 Vsat R2

sat Ve ­, Vs ­ +-VVsat pour...Ve =

R1 Vsat R2

Pr: Mohamed LAMHAMDI

Chap 7: Les Oscillateurs non Sinusoïdaux

Les Comparateurs

Les comparateurs à hystérésis : Comparateurs positifs

→ Évolution positive de Ve ← Évolution négative de Ve La longueur de l’hystérésis: DV = e1+ - e2+ = 2

Ainsi, et

sat Ve ­, Vs ­ +-VVsat pour...Ve =

R1 Vsat R2

sat Ve ¯, Vs ¯ +-VVsat pour...Ve = -

R1 Vsat R2

R1 Vsat R2

Applications des comparateurs à hystérésis:

- Élément de générateurs de fonction; - La fourniture d’un signal numérique à partir d’un signal analogique ‘’lente’’ d’entrée. DUT Génie Electrique – S3 -

Pr: Mohamed LAMHAMDI

Chap 7: Les Oscillateurs non Sinusoïdaux

Les multivibrateurs

Généralités

• • •

•

•

Un multivibrateur, ou bascule, est un circuit possèdent deux états de fonctionnement. Les multivibrateurs sont des montages qui permettent de générer en sortie une tension rectangulaire donc les niveaux hauts et bas sont plus ou moins stables. En fonction de cette stabilité, on distingue: • Les multivibrateurs astables. • Les multivibrateurs monostables. • Les multivibrateurs bistable Tous les multivibrateurs comportent essentiellement: • Un élément actif tel que le transistor, l'amplificateur opérationnel, les portes logiques ... • Un organe qui permettra l’accumulation de l’énergie tel que le condensateur. • Un organe qui dissipera de l’énergie tel que la résistance. En fonction de l’élément actif, on distingue donc différents multivibrateurs • Multivibrateurs à transistor, • Multivibrateurs à porte logiques • Multivibrateurs à circuit intégré́ tel que le NE555 ou AOP.

DUT Génie Electrique – S3 -

Pr: Mohamed LAMHAMDI

Chap 7: Les Oscillateurs non Sinusoïdaux

Les multivibrateurs

Généralités

–

Les multivibrateurs bistable : à deux états de fonctionnement stable. • Le basculement de l’un des états de fonctionnement à l’autre doit être provoqué. • Leur fonctionnement essentielle est d’être des mémoires élémentaires.

– Les multivibrateurs monostable : à un état de fonctionnement stable, le seconde état de fonctionnement étant instable. • Le basculement de l’état stable vers l’état instable doit être provoquée, mais le retour de l’état instable vers l’état stable est spontané. • Leur fonctionnement est d’introduire des retards réglables.

☞

Ces deux premiers multivibrateurs constitué ce qu’on appelle des oscillateurs commandés.

DUT Génie Electrique – S3 -

Pr: Mohamed LAMHAMDI

Chap 7: Les Oscillateurs non Sinusoïdaux

Les multivibrateurs

Généralités

✗ Les multivibrateurs astable à deux états instables : la commutation d’un état de fonctionnement à l’autre se fait spontanément et indéfiniment. Ces multivibrateurs ne reçoivent rien de l’extérieur, ce sont des autooscillateurs (oscillateurs de relaxation). ✗ Les Triggers où bascules de Schmitt : faisant partie de la famille des comparateurs déjà étudié, basculent pour deux niveaux différents d’un signal analogique d’entrée.

☞

Ces types des basculement servent surtout à la mise en forme des signaux.

DUT Génie Electrique – S3 -

Pr: Mohamed LAMHAMDI

Chap 7: Les Oscillateurs non Sinusoïdaux

Les multivibrateurs

Multivibrateur bistable : Définition

• • • • •

•

Ces circuits sont également appelés circuits de déclenchement ou circuits Eccles Jordon ou circuits binaires à bascule ou binaires ou encore plus couramment appelés bascules. C'est un système qui possède deux états stables. On passe d'un état à l'autre par l'action d'une impulsion de déclenchement. Multivibrateurs qui dépendent de la déclencheurs externes afin de basculer entre leurs deux états stables admissibles. Ces circuits peuvent être conçus de différentes manières, par exemple, ils peuvent composer • Des transistors • Des amplificateurs opérationnels • Des Timer 555 Les multivibrateurs bistables très utilisés dans les calculatrices, ils jouent le rôle de relais à 2 positions.

DUT Génie Electrique – S3 -

Pr: Mohamed LAMHAMDI

Chap 7: Les Oscillateurs non Sinusoïdaux

Les multivibrateurs

Multivibrateur bistable : Le bistable à transistor

Au début en absence d'une impulsion de déclenchement, un transistor est bloqué et l'autre saturé. Supposons que T1 soit bloqué et T2 saturé. A l'instant t1 on applique la première impulsion, le transistor T1 se sature, ce qui met le collecteur de T1 à la masse et entraîne le blocage de T2. Après la disparition de l'impulsion à l'instant t2, la saturation de T1 est maintenue à travers RC2 et RB1. La tension VS est sensiblement égale à VCC. A l'instant t=t3 on applique une impulsion négative à la base de T1. Le transistor T1 se bloque et le blocage de T1 entraîne la saturation de T2. Après la disparition de l'impulsion, la saturation de T2 est maintenue travers RC1 et RB2. La sortie VS=0 DUT Génie Electrique – S3 -

Pr: Mohamed LAMHAMDI

Chap 7: Les Oscillateurs non Sinusoïdaux

Les multivibrateurs

Multivibrateur bistable à A.O

La figure ci-dessus représente un multivibrateur bistable ou encore un Trigger de Schmitt avec un dérivateur à l’entrée. Les 2 états stable de ce multivibrateur correspondant aux 2 états saturées de l’A.O.

Analyse du fonctionnement du montage

On applique à l’entrée du circuit RC une tension en créneau d’amplitude E et on cherche à déterminer la tension VR(t) aux bornes de la résistance R. C Ve

Vc(t) R

VR(t)

Le circuit est un filtre passe-haut, de fréquence de coupure: Le circuit est un dérivateur pour f < fc. DUT Génie Electrique – S3 -

fc =

w 1 = 2p 2pRC Pr: Mohamed LAMHAMDI

Chap 7: Les Oscillateurs non Sinusoïdaux

Les multivibrateurs

Multivibrateur bistable : Le bistable à A.O

Dans ces conditions, pendant la durée T/2 où Ve(t) = E, le condensateur à le temps de se charger totalement. De même il se décharge quasi-totalement pendant la demi-période suivante, on à donc :

t Î [0, T / 2], Ve (t ) = E ;Vc = E (1 - e t Î [T / 2, T ], Ve (t ) = 0;Vc = Ee

-

-

t

t

C

)

( t -T

t

2

Vc(t)

Ve

)

R

VR(t)

Avec τ = RC (constante de temps de la charge). La tension aux bornes de la résistance R est:

VR (t ) = Ri (t ) = RC

Ce qui donne:

Ve(t) = Vc(t) +VR(t).

-t é Tù t Î ê0, ú, VR (t ) = Ee t ë 2û

DUT Génie Electrique – S3 -

dVc(t ) dt

(A chaque instant). éT ù t Î ê , T ú, VR (t ) = - Ee ë2 û

( t -T ) 2

t

Pr: Mohamed LAMHAMDI

Chap 7: Les Oscillateurs non Sinusoïdaux

Les multivibrateurs

Multivibrateur bistable : Le bistable à A.O R1 On a: or VR (t ) = e + e+ = Vs R1 + R2

• Graphes de Ve(t), VR(t) et Vs(t):

• Le basculement de la sortie à lieu lorsque: e- = e+ =

R1 VR = Vsat = e1+ R1 + R2

R1 (± Vsat ) R1 + R2

e2+ = -

et

R1 Vsat R1 + R2

• Prenant l’origine du temps à l’instant où la tension d’entrée Ve passe de 0 à +E, à cette instant le potentiel VR(t) est positif. Ce signal étant appliqué sur l’entrée (-) de l’A.O, la sortie est obligatoirement saturé en négative, Vs = Vsat. La valeur de basculement de la sortie s’effectue pour: R

VR = -

1

R1 + R2

Vsat = e2+

• Comme Vs = +Vsat, la nouvelle valeur de basculement de la sortie s’effectue pour :

VR =

R1 Vsat = e1+ R1 + R2

DUT Génie Electrique – S3 -

t1 = t2 car τ est la même durant la charge et la décharge. T = t1 + t2 = 2t = 1/f. Pr: Mohamed LAMHAMDI

Chap 7: Les Oscillateurs non Sinusoïdaux

Les multivibrateurs

Multivibrateur monostables : Définition

• • • • •

C'est un circuit qui possède 2 états (un état stable et un état instable), à l’ état stable une impulsion de commande ou de déclenchement le faire passer à l’ état instable La durée T de cet état instable est indépendante de la forme et de l’intensité́ de l'impulsion de commande mais dépend plutôt d'un réseau RC. Le monostable réalise une fonction de temporisation utilisée chaque fois que l'on souhaite déclencher un dispositif avec retardement. Suivant les montages ou les besoins de temporisation, la temporisation peut aller de quelques micros secondes à quelques heures.

DUT Génie Electrique – S3 -

Pr: Mohamed LAMHAMDI

Chap 7: Les Oscillateurs non Sinusoïdaux

Les multivibrateurs

Multivibrateur monostables : Le monostable à transistor

En absence de l'impulsion de déclenchement durant l’ état stable,

• •

•

•

Le transistor T2 est saturé, La saturation de T2 entraine le blocage de T1 car le colleteur du deuxième transistor est mise à la masse. Le condensateur C se charge rapidement à travers RC1 à une valeur VC = VCC - VBE = 9,3V La saturation de T2 est maintenue à travers la résistance RB2

DUT Génie Electrique – S3 -

Pr: Mohamed LAMHAMDI

Chap 7: Les Oscillateurs non Sinusoïdaux

Les multivibrateurs

Multivibrateur monostables : Le monostable à transistor

Lorsqu'on applique une impulsion d'amplitude suffisante à la base de T1, Le transistor T1 se sature La saturation de T1 bloque T2, car le collecteur de T1 est mise à la masse et on aura VC + VBE2 = 0 (vcc=0) • La saturation de T1 est maintenue après la disparition de l'impulsion à travers les résistances RC2 et RB1. • Le condensateur C va se charger en sens inverse à travers RB2. • La tension VC va donc passer d'une valeur positive à une valeur négative. • Lorsque VC sera égale à - 0,7V ; VBE2=0,7V, le transistor T1 sera de nouveau bloqué, le système revient à son état initial. T= 0,7 RB2C • •

• •

Pour régler T, on peut ajuster RB2 et C, mais RB2 doit être inferieure à 500K (il faut pouvoir saturer T2) et C < 100μF (décharge destruction dans la base de T2). Les temporisations pour les monostables à transistor sont donc limitées à quelques dizaines de seconde.

DUT Génie Electrique – S3 -

Pr: Mohamed LAMHAMDI

Chap 7: Les Oscillateurs non Sinusoïdaux

Les multivibrateurs

Multivibrateur monostables : Le monostable à A.O

On suppose que E > Vref.

On applique à l’entrée de circuit une tension créneau Ve(t) de valeur crête à crête 2E, et on cherche à déterminer Ve-(t). Étude de circuit dérivateur Ce circuit est dérivateur pour:

wá wc

Le circuit, est un filtre passe-haut de fréquence de coupure: 1

wc =

DUT Génie Electrique – S3 -

R1C1 Pr: Mohamed LAMHAMDI

Chap 7: Les Oscillateurs non Sinusoïdaux

Les multivibrateurs

Multivibrateur monostables : Le monostable à A.O

Pour

é Tù t Î ê0, ú ë 2û

Pour

éT ù t Î ê ,T ú ë2 û

DVe (t ) = 2 E

(crête à crête);

DVe (t ) = -2 E = Ve finale - Ve iniciale ;

(

Vc1 (t ) = 2 E 1 - e - t /t

)

æ - ( t - (Tt / 2 )) Vc 1 (t ) = 2 E ç çe è

t = R1C1 ö ÷ ÷ ø

Ce qui donne : Charge du condensateur: t Î é0, T ù, Ve - = R1i1 - Vref = R1 C1 dVc1 - Vref ê 2ú dt ë û

• t Î [0, T / 2], Ve - = 2 Ee - t /t - Vref

dVc1 éT ù - Vref Décharge du condensateur: t Î ê , T ú, Ve - = R1i1 - Vref = R1 C1 dt ë2 û • t Î [T / 2, T ],Ve - = -2 Ee DUT Génie Electrique – S3 -

-

( t -T / 2 )

t

- Vref

Pr: Mohamed LAMHAMDI

Chap 7: Les Oscillateurs non Sinusoïdaux

Les multivibrateurs

Multivibrateur monostables : Le monostable à A.O Analyse de fonctionnement

• A l’état stable Ve+ = 0. En l’absence du signal à l’entrée (Ve = 0), aucun courant ne circule dans R1, et le potentiel Ve- = -Vref (ε = Ve+ - Ve- = 0 + Vref), par conséquent le potentiel de la sortie se sature au niveau haut

Vs = VH = +Vsat.

(VH = haut = + Vsat et VB = bas = -Vsat). • Comme on envoie en Ve(t) un signal positif (supérieur à Vref) à t = 0, la sortie Vs(t) passe de VH à VB. ∆Vs = VB-VH = 2VB. Cette variation brusque de la tension de sortie est transmise par le condensateur C sur l’entrée (+) donc on a : Ve+ = 2VB.

DUT Génie Electrique – S3 -

Pr: Mohamed LAMHAMDI

Chap 7: Les Oscillateurs non Sinusoïdaux

Les multivibrateurs

Multivibrateur monostables : Le monostable à A.O Analyse de fonctionnement

• Après le condensateur C se charge à travers la résistance R, Ve+ tend à revenir à 0V. Mais quand Ve+ devient supérieur à -Vref la sortie passe de VB à VH, ∆Vs = 2VH . Cette variation est transmise par le condensateur C sur Ve+, après C se décharge à travers R et Ve+ revient à 0 volt. C'est-à-dire à son état stable. La sortie reste dans cette état jusqu’à l’arrivée d’une nouvelle impulsion positive à l’entrée.

DUT Génie Electrique – S3 -

Pr: Mohamed LAMHAMDI

Chap 7: Les Oscillateurs non Sinusoïdaux

Les multivibrateurs

Multivibrateur monostables : Le monostable à A.O

Ve = 0

• Graphes de Ve(t), Ve-(t) et Ve+(t), Vs(t), :

Ve- = -Vref

(ε = Ve+ - Ve- = 0 + Vref),

Vs = VH = +Vsat.

Ve(t) > 0. (supérieur à Vref)

Vs(t) passe de VH à VB.

DUT Génie Electrique – S3 -

•

Cette variation est transmise par le condensateur C sur l’entrée (+) donc on a : Ve+ = 2VB

•

Après le condensateur C se charge à travers la résistance R, Ve+ tend à revenir à 0V

•

Quand Ve+ devient supérieur à Vref la sortie passe de VB à VH

•

Cette variation est transmise par le condensateur C sur Ve+, après C se décharge à travers R et Ve+ revient à 0 volt Pr: Mohamed LAMHAMDI

Chap 7: Les Oscillateurs non Sinusoïdaux

Les multivibrateurs

Multivibrateur monostables : Le monostable à A.O Calcule de la durée t1 de l’état évolutif La capacité C se charge à travers R, il s’on suit que le potentiel Ve+ tend à augmenté de 2VB à zéro selon une loi exponentiel qui s’écrit: + Ve (t ) = A exp(- t / RC ) + B

Avec:

Ve + (0 ) = 2VB = A + B Ve + (¥ ) = 0 = B

Soit:

Ve + (t ) = 2VB exp(- t / RC )

Cependant lorsque Ve+ atteindre la tension de référence (Ve+ = –Vref) la tension de sortie bascule de VB à VH. Ceci se produit au bout d’un temps t1 définie par:

Ve + (t1 ) = -Vref = 2VB e - t1 / RC

D’où DUT Génie Electrique – S3 -

(

t1 = RC log - 2VB / Vref

)

Pr: Mohamed LAMHAMDI

Chap 7: Les Oscillateurs non Sinusoïdaux

Les multivibrateurs

Multivibrateur astable : Définition

Une structure astable est un dispositif électronique générant de manière autonome un signal périodique rectangulaire évoluant entre deux états stables. Une telle structure est appelée ‘Multivibrateur astable’ ou oscillateur astable C’est un dispositif qui charge d’état spontanément sans qu'il soit nécessaire de lui appliquer une impulsion de commande. Il délivre à sa sortie un signal rectangulaire caractérisé́ par sa période T et son rapport cyclique α = τ /T. τ : durée du niveau haut.

DUT Génie Electrique – S3 -

Pr: Mohamed LAMHAMDI

Chap 7: Les Oscillateurs non Sinusoïdaux

Les multivibrateurs

Multivibrateur astable : Le astable à transistor

• • • •

La sortie de T2 est reliée à l’ entrée de T1 par une liaison capacitive et réciproquement. Les résistances des collecteurs sont beaucoup plus faibles que les résistances des bases. On suppose que au début les condensateurs sont déchargés au moment de la mise sous tension, les deux condensateurs se chargent rapidement à travers RC1 et RC2 et les jonctions "base-émetteur". Les deux transistors T1 et T2 tendent à ce saturer mais un va se saturer avant l'autre.

DUT Génie Electrique – S3 -

Pr: Mohamed LAMHAMDI

Chap 7: Les Oscillateurs non Sinusoïdaux

Les multivibrateurs

Multivibrateur astable : Le astable à transistor

•

Supposons que se soit T1 qui se sature le premier cela signifie que UCE1=0 l'armature positive de C1 est mise à la masse et on a VC1 + UBE2 = 0 ; UBE2 =-VC1.

•

Le transistor T2 se bloque, le condensateur C2 va se charger jusqu'à la valeur VC2= 10 - 0,7 = 9,3V.

•

Une fois C2 chargé, la saturation de T1 est maintenue à travers RB1.

•

Le condensateur C1 est lentement chargé en inverse à travers la résistance RB2 la tension VC1 passe d'une valeur positive à une valeur négative et va tendre vers -10V mais cette tension ne va jamais atteindre cette valeur.

DUT Génie Electrique – S3 -

Pr: Mohamed LAMHAMDI

Chap 7: Les Oscillateurs non Sinusoïdaux

Les multivibrateurs

Multivibrateur astable : Le astable à transistor

•

Pour VC1=-0,7V, le transistor T2 va se mettre à conduire et va se saturer, ceci va entraîne que VCE2=0 ; UBE1+VC2=0 ; UBE1=-VC2 et le transistor T1 va se bloquer, le condensateur C1 va se charger rapidement jusqu'à la valeur de 9,3V.

•

Une fois C1 chargé, la saturation de T2 est maintenue à travers RB2. Le condensateur C2 est lentement chargé en inverse à travers RB1. La tension VC2 passe d'une valeur positive à une valeur négative, lorsque VC2=-0,7V. T1 va se remettre à conduire et le cycle recommence

DUT Génie Electrique – S3 -

Pr: Mohamed LAMHAMDI

Chap 7: Les Oscillateurs non Sinusoïdaux

Les multivibrateurs

Multivibrateur astable à base de l’A.O. R

ε

+

Vs

C R2

L’entrée

e+

R1

est portée au potentiel:

C’est un montage auto-oscillatoire utilisant un Trigger de Schmitt négatif et un circuit RC. L’amplificateur sera considéré comme idéal. Quand ε > 0, Vs = +Vsat et ε < 0, Vs = -Vsat. On pose:

e+ =

k=

R2 R1 + R2

R2 (± Vsat ) = ± kVsat R1 + R2

A la mise sous tension, e- = 0 (pas de variation instantanée de tension aux bornes du condensateur), la sortie de A.O. est indifféremment saturée en positif ou en négatif. Supposons par exemple que Vs = +Vsat, alors: e + =

R2 (+ Vsat ) = kVsat R1 + R2

Le condensateur va se charger à travers R et évolue exponentiellement vers +Vsat. Quand e+ = e- = kVsat, Vs prend la valeur –Vsat et e+ = -kVsat, le condensateur va alors se décharger à travers la résistance R avec la même constante de temps τ = RC. Lorsque, e+ = e- = -kVsat, il y a de nouveau basculement de la sortie et ainsi de suite. DUT Génie Electrique – S3 -

Pr: Mohamed LAMHAMDI

Chap 7: Les Oscillateurs non Sinusoïdaux

Les multivibrateurs

Multivibrateur astable à base de l’A.O. • Graphes de Vs et e- :

• Détermination de la durée t1 et t2 A partir de t = 0+, le condensateur se charge à travers R suivant une loi de la forme: Avec:

e - (t = 0) = -kVsat = A + B

D’où:

A = -Vsat (k + 1)

et

et

B = +Vsat

• A temps t1, e- vaut e1+ = kVsat:

Donc:

e - = Ae - t / RC + B

e - (t ® ¥ ) = B = Vsat

e - (t ) = -(k + 1)Vsat e - t / RC + Vsat

e - (t1 ) = -(k + 1)Vsat .e - t1 / RC + Vsat = kVsat

k -1 k +1

æ1+ k ö Þ t1 = RC lnç ÷ è1- k ø æ R æ1+ k ö La période T de phénomène est : T = t1 + t 2 = 2 RC lnç ÷ ou encore T = 2 RC lnçç1 + 2 2 è1- k ø R1 è t1 Le multivibrateur astable réalisé ci-dessous à un rapport cyclique : t = = 0,5

Þ exp(- t1 / RC ) =

DUT Génie Electrique – S3 -

ö ÷÷ ø

T

Pr: Mohamed LAMHAMDI

Chap 7: Les Oscillateurs non Sinusoïdaux

Les multivibrateurs

Multivibrateur astable à base de l’A.O.

Pour avoir un rapport cyclique variable on utilise un potentiomètre et deux diodes montées en tête bêche suivant le montage ci-contre. • Lorsque le curseur est au milieu du potentiomètre alors : pö æ æ1+ k ö t1 = t 2 = ç R + ÷C lnç ÷ 2ø è è1- k ø

æ pö R ö æ t1 = t 2 = ç R + ÷C lnçç1 + 2 1 ÷÷ 2ø R2 ø è è

• Si le curseur à une extrémité on trouve : æ1+ k ö t1 = RC lnç ÷ è1- k ø

et

æ1+ k ö t 2 = (R + P )C lnç ÷ è1- k ø

Le signal d’écrire:

DUT Génie Electrique – S3 -

obtenu

f =

nous

1 1 = T t1 + t 2

permet

Pr: Mohamed LAMHAMDI

Chap 7: Les Oscillateurs non Sinusoïdaux

Les multivibrateurs

Multivibrateurs à base du Timer 555: Structure et fonctionnement: NE555

est un circuit de 8 broches (556: double 555 en boîtier 14 broches), sa tension d'alimentation varie entre 4V et 16V. Il est compatible avec les TTL et les CMOS.

• Les 3 résistances (5 kΩ), entre Vcc et la masse, constituent un pont diviseur de tension, • relié aux 2 comparateurs à fenêtre de sorte que l'entrée e+ de celui du bas est à un potentiel fixe égal Vcc/3, tandis que l'entrée e- de l'A.O. du haut est à un potentiel fixe égal 2Vcc/3. DUT Génie Electrique – S3 -

Pr: Mohamed LAMHAMDI

Chap 7: Les Oscillateurs non Sinusoïdaux

Les multivibrateurs

Multivibrateurs à base du Timer 555: Structure et fonctionnement: NE555

• Principe: si la tension présente sur l'entrée e- (comparateur 2) est supérieure à la tension présente sur l'entrée e+, la tension en sortie du comparateur sera voisine de 0. En cas contraire, la tension en sortie sera voisine de Vcc. • Fonctionnement de la bascule set-reset ou "flip-flop": une impulsion positive sur son entrée "set" met sa sortie au niveau 1, tandis qu'une impulsion sur l'entrée "reset" fait basculer la sortie à 0.

• Le 555 fonctionne aussi bien en mode astable, dans lequel il délivre en sortie un signal périodique de forme rectangulaire ou monostable, utilisé pour réaliser une temporisation, et ne requiert que trois composants périphériques, deux résistances et un condensateur. DUT Génie Electrique – S3 -

Pr: Mohamed LAMHAMDI

Chap 7: Les Oscillateurs non Sinusoïdaux

Les multivibrateurs

Multivibrateurs à base du Timer 555: Astable à NE555 - Multivibrateur

T1 = 0,7(RA+RB) C

et

DUT Génie Electrique – S3 -

•

Le condensateur C se charge, via RA et RB.

•

Lorsque la tension aux bornes de C atteint une valeur égale 2Vcc/3, la sortie du premier comparateur passe à 1 et commande la bascule (flip flop) sur "set". La sortie de cette bascule qui, à l'origine, était à 0, passe à 1.

•

La base du transistor NPN est alimentée, ce qui le rend passant.

•

Ce transistor court-circuite alors le condensateur C en dérivant vers la masse son courant de charge.

•

Le condensateur se décharge via la broche 7 et RB: la tension à ses bornes diminue.

•

Lorsque celle-ci aura atteint une valeur égale Vcc/3, la sortie du second comparateur passera à 1, ce qui actionnera la bascule ("reset"), dont la sortie passera aussitôt de 1 à 0.

•

Conséquence: la base du transistor n'est plus alimentée, donc celui-ci n'est plus passant et ne s'oppose plus à la charge du condensateur.

•

Le condensateur recommence de se charger et nous nous retrouvons dans la situation initiale.

T2 = 0,7RBC.

;

T = T1 + T2 = 0,7(RA+2RB)C . Pr: Mohamed LAMHAMDI

Chap 7: Les Oscillateurs non Sinusoïdaux

Les multivibrateurs

Multivibrateurs à base du Timer 555: Monostable à NE555 (Temporisateur)

Une brève impulsion négative sur son entrée 2 (trigger) va déclencher, en sortie (output), un état haut dont la durée dépend des deux composants RA et C, En d'autres termes, la broche 2 doit être

mise

à

la

masse,

par

l'intermédiaire d'un bouton-poussoir ou d'un

signal

externe

adéquat,

pour

déclencher la temporisation. La tension de sortie vaudra environ 2Vcc/3.

DUT Génie Electrique – S3 -

Pr: Mohamed LAMHAMDI