OSCILLATEURS en Cours Termine [PDF]

Zitiervorschau

OSCILLATEURS I-

Introduction:

En général un oscillateur est de la forme

Système Bouclé Le circuit de réaction B(p) est en général un circuit résonnant constitue des éléments passifs (résistances, condensateurs et bobines) I-1- Définition : Un oscillateur est un système capable de produire un signal en l’absence de signal d’entrée. Autre définition : Un oscillateur est un circuit qui produit un signal de sortie sans signal d’entrée. Donc il est caractérisé par :

-

Une chaîne directe ou d’action de fonction de transfert A(p). Une chaîne de retour ou de réaction de transmittance B(p).

La fonction de transfert s’écrit : 𝐹(𝑝) =

𝑆(𝑝) 𝐴(𝑝) = 𝐸(𝑝) 1 + 𝐴(𝑝). 𝐵(𝑝)

𝐴(𝑝). 𝐸(𝑝) = [1 + 𝐴(𝑝). 𝐵(𝑝)]. 𝑆(𝑝) Si le signal d’entrée est nul ((e(t)=O) alors : [1 + 𝐴(𝑝). 𝐵(𝑝)]. 𝑆(𝑝) = 0

Le signal le sortie est diffèrent de 0 (s(t)≠ 0 )

[1 + 𝐴(𝑝). 𝐵(𝑝)] = 0

𝐴(𝑝). 𝐵(𝑝) = −1

A.B = 1 est appelé condition ou critère de BARKHAUSEN est appelée aussi condition d’auto-oscillation.

𝐴(𝑗𝜔). 𝐵(𝑗𝜔) = −1

𝑅𝑒[𝐴(𝑗𝜔). 𝐵(𝑗𝜔)] = −1 𝐼𝑚[𝐴(𝑗𝜔). 𝐵(𝑗𝜔)] = 0

‖𝐴(𝑗𝜔). 𝐵(𝑗𝜔)‖ = 1 𝐴𝑟𝑔[𝐴(𝑗𝜔). 𝐵(𝑗𝜔)] = 𝜋 + 2𝑘𝜋

Ces deux (2) équations fournissent la fréquence d’oscillation et le gain de l’amplification nécessaire. Suivant la nature des signaux fournis, les oscillateurs se divisent en deux grandes familles : – Les oscillateurs sinusoïdaux (ou harmoniques) qui fournissent un signal quasi-sinusoïdal. – Les oscillateurs à relaxation qui produisent un signal non sinusoïdal (créneaux, dents de scie…et).

I.2. Idée de base : Si le déphasage de l’amplificateur et du circuit de réaction et judicieux, le signal au point x serait exactement en phase avec le signal qui attaque les bornes d’erreur de l’amplificateur. Si le déphasage dans toute la boucle est de 0o, il y a réaction positive. I.3. Gain en boucle AB : Supposons que les points X et Y soient reliés et la tension V enlevée. -

Si AB< 1 alors ABV 1

-

Si AB = 1

Le circuit résonnant est un circuit passif, donc il attenue le signal, pour qu’il y ait entretien des oscillations, il est nécessaire que l’amplificateur compense les pertes donc AB = 1 I.4. Tension de départ : Pourquoi un oscillateur démarre-t-il ? La tension de départ de l’oscillateur se trouve dans les composants eux-mêmes sous forme de « bruit » thermique. Le circuit de réaction est souvent un circuit résonnant. Dès la mise sous tension, ces bruits couvrent un large spectre de fréquence, englobant en particulier une fréquence f0. Toutes les fréquences du bruit sont amplifiées, le circuit résonnant sélectionne une seule fréquence f0 qui arrivera à l’entrée de l’amplificateur avec un déphasage nul, lorsque le gain est plus grand que un (1), les oscillations s’établissent, une fois le niveau atteint, le gain AB diminue jusqu’à un (1). AB diminue jusqu’à 1 : Il existe deux façons : a) Lorsque l’amplitude, en augmentant, force l’étage à écrêter le signal, quand ceci arrive la valeur de A chute. Plus l’écrêtage est important, plus le gain chute jusqu’à ce qu’il atteigne la valeur 1/B, tel que AB = 1. b) On peut aussi placer un dispositif dans le circuit de réaction pour en réduire le gain ; ce dispositif est souvent non linéaire, il réduit AB, en réduisant B. I-4. Etude en régime linéaire La mise en équation du système donne le gain de l’amplificateur et la fréquence d’oscillation, mais ne donne pas d’indication sur l’amplitude de l’oscillation. Au début avant la mise sous tension du système, si A.B=1 exactement, le système ne pourra pas démarrer tout simplement. Donc pour que le système démarre, il faudrait que A.B soit légèrement ˃ 1.

Il faut que le gain soit supérieur à A0 pour les faibles valeurs d’amplitude. Les non linéarités du système vont stabiliser le gain à la valeur A0 . Il existe différents types d’oscillateurs. a) En basses fréquences, on utilise les oscillateurs à base de cellules RC b) En hautes fréquences, on utilise les oscillateurs à base de cellules LC

A-

Oscillateur déphaseur « Phase shift » ou oscillateur RC :

B- Oscillateurs à pont de Wien :

Pour satisfaire les conditions de Barkhausen il faut :

Pour simplifier les calculs on pose : 𝑅1 = 𝑅2 𝑒𝑡 𝐶1 = 𝐶2

On aura

et

Le circuit est donné par la figure suivante :

C- Oscillateurs LC : Principaux types d’oscillateurs LC a réaction : Le schéma général de principe est le suivant :

Amplificateur

Charge

A Boucle de Réaction B Z1

Z3

Z2

La nature de ces impédances détermine le type d’oscillateur : 1-

2-

3-

Si Z1 et Z2 sont des capacités (condensateurs) et Z3 une inductance (bobine), nous avons un oscillateur COLPITTS. Si Z1 et Z2 sont des inductances (bobines)) et Z3 une capacité (condensateurs, nous avons un montage de type oscillateur HARTLEY. Une legere modification de l’oscillateur COLPITTS on remplace Z3 { l’inductance (bobine)} par un circuit accorde LC, nous avons un oscillateur COLPITTS.

Amplificateur A

Chaine de Reaction B