26/10/2013 OSCILLATEURS 1 GPA667 CONCEPTION ET SIMULATION DE CIRCUITS ÉLECTRONIQUES

26/10/2013OSCILLATEURS1

GPA667GPA667

CONCEPTION ET SIMULATION

DE CIRCUITS ÉLECTRONIQUES


OSCILLATEURS OSCILLATEURS Astables

– Ondes carrées– Ondes triangulaires– 555 (déjà couvert)

Sinusoïdaux

– Pont de Wien– Variable d’état– Déphasage


OSCILLATEUR OSCILLATEUR ONDES CARRÉESONDES CARRÉES

Principe

Oscillateur avec comparateur Schmitt



Oscillateur avec comparateur Schmitt

Si R1 = R2



Oscillateur avec comparateur Schmitt, modification du facteur de forme.

R1 = R2

On peut modifier le facteur de forme en ajoutant une diode en série avec la résistance R3 pour modifier la constante de temps sur une des alternance. Ici, l’alternance positive sera plus courte que l’alternance négative parce que nous aurons R3//R < R


OSCILLATEUR OSCILLATEUR ONDES CARRÉES - TRIANGULAIRESONDES CARRÉES - TRIANGULAIRES

Comparateur de Schmitt suivi d’un intégrateur



Comparateur de Schmitt suivi d’un intégrateur




OSCILLATEUR OSCILLATEUR ONDES CARRÉE - TRIANGULAIREONDES CARRÉE - TRIANGULAIRE

Il faut aussi s’assurer que R2>R3. Plus la valeur de R3 sera petite par rapport à celle de R2, plus la sortie sera petite en amplitude.

Par ex. F = 1386 Hz


CONTRE-RÉACTIONCONTRE-RÉACTION

Σ Amplif. A(s)

Feedback B(s)

+

+

Vo(s)V(s) = 0

( ) ( )( )

1 ( ) ( ) 1 ( )v

A s A sA s

A s B s T s



( ) ( )( )

1 ( ) ( ) 1 ( )v

A s A sA s

A s B s T s

Parce que nous avons une contre réaction positive, il y a apparition d’un signe négatif au dénominateur. Pour qu’il y ait oscillation, le dénominateur doit être nul pour une fréquence ωo sur l’axe jω

1 ( ) 0oT j ( ) 1 1 0oT j



Parce que nous avons une contre réaction positive, il y a apparition d’un signe négatif au dénominateur. Pour qu’il y ait oscillation, le dénominateur doit être nul pour une fréquence ωo sur l’axe jω

1 ( ) 0oT j ( ) 1 1 0oT j



Il faut AB > 1 (ou T >1) pour démarrer l’oscillation et ensuite AB = 1 (ou T=1) pour entretenir l’oscillation.

1 ( ) 0oT j ( ) 1 1 0oT j


OSCILLATEURS OSCILLATEURS

CRITÈRE DE BARKHAUSEN

Pour obtenir une oscillation, il faut deux conditions si la contre réaction est positive:

( ) 0 ooT j

( ) 1oT j


OSCILLATEURS OSCILLATEURS

CRITÈRE DE BARKHAUSEN

Ces deux conditions deviennent :

( ) 180 ooT j

( ) 1oT j

Si la contre réaction est négative


PONT DE WIEN PONT DE WIEN



Simplification : R1 = R2 = R, C1 = C2 = C

Pour satisfaire Barkhausen



Le signal de sortie est envoyé en rétro-action négative par les résistances R3 et R4 avec R4 mis à la masse, conférant à l’amplificateur un gain G = 1 + R3/R4 pour tout signal à la borne positive. Sachant que le gain doit être de 3 afin de répondre à une des deux conditions du critère de Barkhausen, calculez la valeur de R3. L’oscillateur de Wien produit une forme d’onde sinusoïdale pure.


PONT DE WIEN PONT DE WIEN Le signal de sortie est également utilisé en rétro-action positive, via C1, C2, R1 et R2. Ces composants déterminent la fréquence d’oscillation.

Si on choisit R = 10k et C = 10nF, quelle sera la pulsation en radian/sec, la fréquence d’oscillation en Hz?

Le problème avec ce genre d’oscillateur c’est d’avoir un dispositif pour maintenir l’amplitude constante. En effet, il est difficile d’ajuster le produit AB = +1. On doit ajouter une autre contre réaction pour maintenir AB = +1



La résistance R4 a été diminuée afin de ne pas étouffer l’oscillation. 9.7k étant nettement trop bas (9.975k était déjà trop bas), la résistance de cette branche a été complétée par le JFET J2N3819 (résistance variable). En effet, la tension Vds ne dépassant jamais 60mV, le transistor fonctionne dans sa région ohmique, dont la pente est contrôlée par Vgs.



La diode D2 sert à compenser l’effet de la température sur la diode D1 et est optionnelle. Quant au condensateur C3, il sert à maintenir une certaine tension durant la période positive du signal. Un condensateur trop fort ralentirait la correction d’amplitude et un condensateur trop faible déformerait l’onde sinusoïdale. Le marqueur Vgs nous montrera son fonctionnement.


PONT DE WIEN PONT DE WIEN Caractéristique de la résistance RDS du JFET 2N3819

Vgs = 0 -0.5

-1.0

-1.5

-2.0


Courbe ICourbe IDSDS vs V vs VDSDS 2N3819 (JFET) 2N3819 (JFET)

Courbe caractéristique 92N381, JFET, Canal N, région ohmique

Vgs =0

-1.5

-1.0-0.5

-2.0



C1=C2=C et R1=R2=R

Par ex. F = 1062 Hz

Ce circuit utilise une méthode similaire pour stabiliser l’amplitude


VARIABLE D’ÉTAT VARIABLE D’ÉTAT

C1=C2=C et R4=R5=RPar ex. F = 10.62 kHz

Deux intégrateurs et un inverseurs avec un système de limitation de l’amplitude


DÉPHASAGE DÉPHASAGE

Exprimer la fontion de transfert B (ou β) du circuit de contre réaction et déterminer que le gain A de l’amplificateur doit être A=29 pour que le critère de Barkhausen soit respecté. On peut simplifier les calculs en assumant que C1=C2=C..=C et R1=R2=R..=R

Trois étages de déphasage sont suffisants pour fournir un déphasage de 180o lequel s’ajoutera au déphasage de 180o de l’entrée – de l’amplificateur produisant un déphasage de 360o ou 0o.



On trouve :


DÉPHASAGE DÉPHASAGE Le gain du circuit de contre réaction vaut 1/29. Il faut donc que le gain A de l’amplificateur soit A=29 pour que le critère de Barkhausen soit respecté.


DÉPHASAGE DÉPHASAGE Voici une autre réalisation possible de l’oscillateur à déphasage..

AB =



Il sera toujours nécessaire de limiter l’amplitude du signal à la sortie. Dans ce cas-ci en plaçant une résistance variable en série avec R1 pour s’assurer que R1 = 12R

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