Généralités
De nombreux circuits électroniques nécessitent un signal d'horloge afin de séquencer leur fonctionnement. Il est donc nécessaire de leur adjoindre un oscillateur, la fonction d'un oscillateur sinusoïdal est de produire une tension sinusoïdale de manière autonome et son principe est basé sur l'instabilité des systèmes bouclés.
Dans ce cours on présentera la structure des oscillateurs ainsi que la condition générale d'oscillation.
Les conditions d'oscillation
Principe
La structure d'un oscillateur est celle d'une structure bouclée.
Lorsqu'un signal sinusoïdal UE(t) est appliqué à l'entrée, l'amplificateur génère un signal de sortie S(t) et la chaîne de réaction Ur(t).
Si pour une fréquence f0 particulière la relation Ur(t)=UE(t) est vérifiée alors le signal issu du réseau de réaction Ur(t) peut remplacer le signal extérieur UE(t) en bouclant le système sur lui-même. On obtient alors un système de sortie US(t) sinusoïdal de fréquence f0 sans autres sources extérieures que celle nécessaires à la polarisation de l'amplificateur.
Condition limite d'oscillation
Un oscillateur sinusoïdal peut être présenté par le schéma bloc suivant.
A représente le gain de l'amplificateur tandis que B représente le gain de la boucle de réaction.
A=S(t)/U(t) ; B=UE(t)/S(t)
Le système oscillera sinusoïdalement à la fréquence f0 à condition que A(jω0)B(jω0)=1. On l'appelle le critère de BARKHAUSEN. Cette condition d'oscillation est une relation complexe et peut de ce fait se décomposer en une double condition en coordonnée polaire.
AB=1 ; AB=[1,0]
La condition sur l'argument nous permettra de trouver la fréquence f0 des oscillations. Et la condition sur le module nous permettra de trouver le cœfficient d'amplification de l'amplificateur constituant la chaîne directe.
Types d'oscillateur
Les oscillateurs à raisonneur RC
Structure
Ils sont les plus courants et sont constitués d'un amplificateur à forte impédance d'entrée (un TEC ou un AOP en basse fréquence) et d'un réseau de réaction purement réactif en pi.
La chaîne de réaction possède l'impédance d'entrée Ze.
Les impédances Z1, Z2, Z3 sont généralement des éléments purement réactifs et s'écrivent donc Z1=jX1; Z2=jX2; Z3=jX3
La condition d'oscillation devient donc -A0X1X2=-X3(X1+X2)+R5j(X1+X2+X3)
RS(X1+X2+X3)=0
{X1+X2+X3=0 ; X1+X2=A0X1 ; -X3=A0X1}
Conclusion:
{A0X1=-X3 ; X1+X2+X3=0} sont les condition d'oscillation.
Il y'a alors deux solutions possibles:
- La structure de Hartley:
Z1 et Z3 sont des inductances et Z2 un condensateur
- La structure de Colpitts:
Ici Z1 et Z3 sont des condensateurs tandis que Z2 une inductance.
La structure Colpitts est plus courante que celle de Hartley parce qu'elle ne comporte qu'une seule inductance.
Exercice de recherche
Oscillateur de Clack:
Cherchez les conditions d'oscillation, déterminez A0(ß)
Pour le régime d'oscillation LC, CE1, CL seront des courts-circuits.
R1//R2>>h11
Concours d'entrée aux grandes écoles
Probatoire A-ABI 2021 Epreuve de littérature ou de culture générale