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Electronique > Bases > Oscillateur sinusoidal(e)

Dernière mise à jour : 03/11/2013

Présentation

Vous trouverez sur cette page quelques exemples de réalisation d'oscillateurs délivrant des signaux sinusoidaux. Il en existe de toute sortes et cette page est loin d'être exhaustive.

Oscillateur à transistor

Le schéma qui suit présente un exemple d'oscillateur à transistor. Soyez assuré qu'il existe des dizaines de schémas de ce type qui diffèrent de quelques valeurs ou composants. Celui ci comporte une contre-réaction (rebouclage) entre l'entrée de Q1 (sa base) et la sortie de Q1 (son collecteur) par un réseau déphaseur composé des résistances R3 à R5 et des condensateurs C2 à C4.



Le potentiomètre RV1 de 470 ohms permet d'ajuster le gain à une valeur optimale et d'obtenir en sortie une onde sinusoidale avec le minimum de distorsion. Le potentiomètre RV2 de 47 ohms permet quant à lui d'ajuster la fréquence F (dans une faible proportion).
Important : les résistances R3 à R5 doivent toujours avoir la même valeur, et les condensateurs C2 à C4 également. Ce sont ces six composants qui déterminent la fréquence du signal de sortie, selon la formule suivante :
F = 1 / (2 * PI * R * C * RacineCarrée(6))
formule qui peut être simplifiée de la façon suivante :
F = 1 / (15,4 * R * C)
où R = R3 = R4 = R5 et où C = C2 = C3 = C4
Exemple avec R = 10 kO et C = 1 nF
F = 1 / (15,4 * 10000 * 0.000000001)
F = 1 / (15,4 * 0.00001)
F = 6493 Hz

Autres schémas basés sur une structure similaire :

Générateur audio 001 - Petit générateur sinusoïdal 1 KHz pour contrôles (pas pour mesures)
Générateur audio 004 - Une version un poil améliorée du géné audio 001.
Générateur audio 006 - Un géné BF à deux sorties symétriques, même fréquence mais une sortie sélectionnable en ou hors phase.

Oscillateur à AOP

Le schéma qui suit est basé sur le même principe que celui du montage précédent à transistors : une cellule de déphasage fait le lien entre l'entrée et la sortie de l'AOP, ce qui permet d'entretenir l'oscillation.



Le potentiomètre RV1 doit être ajusté de telle sorte que l'oscillation persiste et que la distorsion en sortie soit la plus faible possible. Dans un cas extrême il y aura oscillation entretenue mais avec une forte distorsion, et dans l'autre cas extrême il n'y aura pas de distorsion mais l'oscillation va s'amortir et disparaître rapidement. Une fois correctement réglé, ça reste assez stable, mais on ne peut pas descendre très bas en fréquence, ni trop haut d'ailleurs.
Important : les résistances R2 à R4 doivent toujours avoir la même valeur, et les condensateurs C1 à C3 également. Ce sont ces six composants qui déterminent la fréquence F du signal de sortie, selon la formule suivante :
F = 1 / (2 * PI * R * C * RacineCarrée(6))
formule qui peut là encore être simplifiée de la façon suivante :
F = 1 / (15,4 * R * C)
où R = R2 = R3 = R4 et où C = C1 = C2 = C3
Exemple avec R = 10 kO et C = 10 nF
F = 1 / (15,4 * 10000 * 0.00000001)
F = 1 / (15,4 * 0.0001)
F = 649,3 Hz
Remarque : la résistance de contre-réaction (RV1) doit avoir une valeur bien supérieure à la valeur de R (R2, R3 et R4)

Autres schémas basés sur une structure similaire :

Générateur audio 010 - Un géné BF, bande 20 Hz à 20 kHz, basé sur un AOP, montage de type pont de Wien.

Oscillateur haute fréquence

Un système simple à transistor ou AOP tels que ceux montrés ci-avant ne peut pas être envisagé pour délivrer un signal sinus de haute fréquence. Pour des signaux de plusieurs dizaines ou centaines de MHz, on doit utiliser des structures propres aux techniques HF (hautes fréquences), avec par exemple un transistor que l'on fait entrer en oscillation avec un circuit accordé LC (bobine + condensateur). Si la stabilité de la fréquence de l'oscillateur est primordiale, alors cet oscillateur doit pouvoir être piloté en fréquence par une tension de commande, et il faut lui ajouter un système de verrouillage appelé PLL (Phase Locked Loop, boucle à verrouillage de phase) qui corrige en temps réel ses dérives.

Générateurs numériques

Un montage tout numérique, composé de circuits logiques et/ou programmables (compteurs, PIC, etc) peut délivrer un signal sinusoïdal, après passage dans un convertisseur numérique/analogique ou simple filtre passe-pas. La pureté du signal sinus dépend de la résolution (nombre de bits) du signal numérique (données parallèles ou PWM) et du convertisseur N/A et/ou du filtre qui suivent.

Générateur avec compteur binaire

Si on associe un convertisseur numérique/analogique "régulier" à un compteur binaire simple tel que le CD4040, le signal analogique qu'on obtient est une dent de scie montante et non un signal sinus, car le passage d'un palier au suivant se fait toujours avec la même régularité, la même différence de tension. La conversion doit donc s'effectuer avec un "code de transformation" particulier qui nécessite par exemple un réseau de résistance dont les valeurs sont calculées pour obtenir une forme sinus plus ou moins réussie (un CNA intégré ou un réseau R/2R ne conviennent pas ici).

Générateur numérique programmé

Une façon simple consiste à délivrer des codes binaires dont la valeur discrète correspond à une portion du signal sinus. Le générateur peut être un simple PIC (ou autre microcontrôleur) ou un composant spécifique "programmé en dur". Ensuite, un convertisseur numérique/analogique "régulier" (réseau R/2R) et un petit filtre suffisent pour disposer d'un signal sinus. On peut calculer en temps réel la valeur de chaque "échantillon" de la sinus, ou utiliser un tableau de valeurs préalablement stockées en mémoire (cette deuxième méthode est plus rapide).

Générateur PWM

Cette méthode consiste à délivrer un signal de fréquence fixe dont le rapport cyclique varie continuelement pour former, après passage dans un filtre passe-bas, un signal sinus. Elle est plus délicate à mettre en oeuvre quand il s'agit de délivrer un signal sinus de fréquence élevée.

Composant spécifique DDS

DDS = Direct Digital Synthesis
Ce terme générique regroupe les méthodes qui consistent à produire un signal analogique périodique à partir d'un système numérique associé à un convertisseur numérique/analogique (et à bien plus parfois). Certains fabricants tel Analog Devices proposent des circuits prêts à l'emploi, tel que le AD9833 qui peut grimper à plus de 10 MHz et qui se pilote via un bus SPI (on doit ajouter un microcontrôleur mais cela reste du domaine du possible, même pour un débutant averti). Petite explication en anglais.