CONCEPTION ET SIMULATION DE CIRCUITS ÉLECTRONIQUES

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

2 OSCILLATEURS Astables Sinusoïdaux Ondes carrées Ondes triangulaires
555 (déjà couvert) Sinusoïdaux Pont de Wien Variable d’état Déphasage OSCILLATEURS 26/10/2013

3 OSCILLATEUR ONDES CARRÉES
Principe Oscillateur avec comparateur Schmitt OSCILLATEURS 26/10/2013

4 OSCILLATEUR ONDES CARRÉES
Oscillateur avec comparateur Schmitt Si R1 = R2 OSCILLATEURS 26/10/2013

5 OSCILLATEUR ONDES CARRÉES
Oscillateur avec comparateur Schmitt, modification du facteur de forme. 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 R1 = R2 OSCILLATEURS 26/10/2013

6 OSCILLATEUR ONDES CARRÉES - TRIANGULAIRES
Comparateur de Schmitt suivi d’un intégrateur OSCILLATEURS 26/10/2013

7 OSCILLATEUR ONDES CARRÉES - TRIANGULAIRES
Comparateur de Schmitt suivi d’un intégrateur OSCILLATEURS 26/10/2013

8 OSCILLATEUR ONDES CARRÉES - TRIANGULAIRES
OSCILLATEURS 26/10/2013

9 OSCILLATEUR ONDES CARRÉE - TRIANGULAIRE
Par ex. F = 1386 Hz 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. OSCILLATEURS 26/10/2013

10 CONTRE-RÉACTION V(s) = 0 Vo(s) + Σ Amplif. A(s) Feedback B(s)
OSCILLATEURS 26/10/2013

11 CONTRE-RÉACTION 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 OSCILLATEURS 26/10/2013

12 CONTRE-RÉACTION 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 OSCILLATEURS 26/10/2013

13 CONTRE-RÉACTION Il faut AB > 1 (ou T >1) pour démarrer l’oscillation et ensuite AB = 1 (ou T=1) pour entretenir l’oscillation. OSCILLATEURS 26/10/2013

14 OSCILLATEURS CRITÈRE DE BARKHAUSEN
Pour obtenir une oscillation, il faut deux conditions si la contre réaction est positive: OSCILLATEURS 26/10/2013

15 OSCILLATEURS CRITÈRE DE BARKHAUSEN Ces deux conditions deviennent :
Si la contre réaction est négative OSCILLATEURS 26/10/2013

16 PONT DE WIEN OSCILLATEURS 26/10/2013

17 PONT DE WIEN Pour satisfaire Barkhausen
Simplification : R1 = R2 = R, C1 = C2 = C OSCILLATEURS 26/10/2013

18 PONT DE WIEN 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. OSCILLATEURS 26/10/2013

19 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 OSCILLATEURS 26/10/2013

20 PONT DE WIEN 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. OSCILLATEURS 26/10/2013

21 PONT DE WIEN 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. OSCILLATEURS 26/10/2013

22 PONT DE WIEN Caractéristique de la résistance RDS du JFET 2N3819
OSCILLATEURS 26/10/2013

23 Courbe IDS vs VDS 2N3819 (JFET)
Vgs = 0 -0.5 -1.0 -1.5 -2.0 Vgs =0 -0.5 -1.0 -1.5 -2.0 Courbe caractéristique 92N381, JFET, Canal N, région ohmique OSCILLATEURS 26/10/2013

24 PONT DE WIEN C1=C2=C et R1=R2=R Par ex. F = 1062 Hz
Ce circuit utilise une méthode similaire pour stabiliser l’amplitude OSCILLATEURS 26/10/2013

25 VARIABLE D’ÉTAT Deux intégrateurs et un inverseurs avec un système de limitation de l’amplitude C1=C2=C et R4=R5=R Par ex. F = kHz OSCILLATEURS 26/10/2013

26 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. OSCILLATEURS 26/10/2013

27 DÉPHASAGE On trouve : OSCILLATEURS 26/10/2013

28 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. OSCILLATEURS 26/10/2013

29 DÉPHASAGE Voici une autre réalisation possible de l’oscillateur à déphasage.. AB = OSCILLATEURS 26/10/2013

30 DÉPHASAGE 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 OSCILLATEURS 26/10/2013