Dernière mise à jour :
24/04/2008
Présentation
Ce petit générateur de signal produit un signal
rectangulaire à une fréquence de quelques centaines de
KHz à partir d'une fréquence de référence
stable de 100 Hz. Il est basé sur l'emploi d'une PLL (boucle
à verrouillage de phase) et de quelques compteurs diviseurs
prépositionnables (programmables). Le facteur de division est
directement visible sur des roues codeuses, contrairement au
générateur
HF 001 dont la programmation s'effectue en binaire via des
cavaliers.
Remarque : le schéma
présenté ici n'intègre pas la base de temps de 100
Hz, mais celle décrite à la page
Base de temps 002
convient parfaitement.
Le schéma
Le schéma fait apparaitre deux types de circuits
intégrés
: des diviseurs programmables de type CD4522 associés à
des roues codeuses, et une PLL
de type CD4046.
Principe général
Le principe de base consiste à synchroniser un VCO (oscillateur
commandé en tension) sur un signal de fréquence fixe
fourni par un oscillateur de référence très
stable. La synchronisation, appelée également
asservissement (en phase), est assurée par un comparateur de
phase.
Dans le cas qui nous concerne, le VCO et le comparateur de phase sont
tous deux
inclus dans un seul et unique circuit intégré de type
CD4046. L'oscillateur de référence délivre ici un
signal de 100 Hz, dont la phase est comparée à la phase
du signal généré par le VCO divisé par un
nombre donné. Prenons un exemple concrêt, où la
fréquence de référence vaut 100 Hz et où le
diviseur programmable divise par 1000. Dans ce cas, une
fréquence de 80 KHz en sortie du VCO (Fvco) devient 80 Hz en
sortie du diviseur programmable. Le comparateur reçoit donc deux
signaux de fréquence différentes : un signal de 100 Hz
issu de l'oscillateur de référence, et un signal de 80 Hz
issu du diviseur programmable. Ces deux fréquences sont assez
différentes pour que le comparateur de phase ne soit pas content
et produise un signal de mécontentement d'autant plus
"énergique" que l'écart entre les deux fréquences
comparées est grand. Le signal de mécontentement est
intégré par un filtre passe-bas, qui le transforme en une
tension continue d'erreur, qui elle-même est appliquée au
VCO. Comme le VCO est un oscillateur dont la fréquence
dépend de la tension de commande qu'on lui applique, il ne reste
pas insensible et réagit en conséquence. En l'occurence,
il augmente sa fréquence de sortie jusqu'à ce qu'elle
atteigne une valeur qui convient au comparateur de phase. Ce que le
comparateur de phase désire, c'est voir deux fréquences
identiques et en phase, c'est à dire synchronisées entre
elles. Et pour voir 100 Hz en sortie du diviseur programmable, il faut
que le VCO oscille à 100 KHz, il n'y a pas de miracle. Le VCO va
donc se stabiliser (en un temps plus ou moins long), et produire un
signal dont la fréquence est bien stable et dépend de
deux paramètres : fréquence de l'oscillateur de
référence, et facteur de division du diviseur
programmable. Si la fréquence de référence reste
à 100 Hz, et que le facteur de division peut être
ajusté entre 1000 et 5000, alors la fréquence du VCO
pourra être comprise entre 100 KHz et 500 KHz (100 KHz
divisé par 1000 = 100 Hz, et 500 KHz divisé par 5000 =
100 Hz aussi).
La base de temps
La base de temps utilisée ici est un signal périodique de
100 Hz, dont l'origine peut être diverse. Voir page
Base de temps 002
pour un exemple d'un tel oscillateur.
Le VCO (oscillateur) et le comparateur de phase
Section basée autour du
circuit U5
Le circuit intégré U5, un CD4046, inclus l'oscillateur
commandé en tension (VCO) et le comparateur de phase.
Oscillateur : le signal de
sortie est disponible sur la broche 4 du CD4046 (VCOOUT), et
l'entrée de commande en tension continue se fait sur la broche 9
(VCOIN).
Comparateur de phase : les deux
entrées du comparateur de phase correspondent aux broches 3
(COMPIN) et 14 (SIGNIN). La broche 14 (SIGNIN) reçoit le signal
de référence 100 Hz, et la broche 3 (COMPIN)
reçoit le signal issu du VCO après division par le
diviseur programmable. La sortie du comparateur est accessible via la
broche 13 (PC2OUT). Notez qu'il existe une autre sortie de comparateur
appellée PC1OUT qui n'est pas utilisée ici (en
réalité, le CD4046 comporte deux comparateurs de phase
qui fonctionnent un peu différement, et que le choix de l'un ou
de l'autre dépend de ce que l'on souhaite obtenir au final).
Le diviseur programmable
Section basée autour des
circuits U1 à U4
Le diviseur programmable fait ici appel à des compteurs /
décompteurs prépositionnables de type CD4522, mais on
aurait tout à fait pû employer un autre type de diviseur
programmable. Le facteur de division est fixé par des roues
codeuses, qui permettent de voir directement la valeur de division en
clair. Vous pouvez tout aussi bien utiliser des cavaliers en lieu et
place des roues codeuses, il suffit juste de savoir lire et
écrire en binaire, ce qui s'apprend assez vite (voir page
Diviseurs de
fréquence où quelques exemples sont donnés).
Le signal issu du VCO (fréquence finale Fvco) est
appliqué à l'entrée de la section de division
programmable, précisement sur l'entrée d'horloge de U4,
qui constitue le premier diviseur à proprement parler (celui qui
travaille à la vitesse la plus élevée). Ce premier
élement de division délivre sur sa sortie Q3 un signal
dont la fréquence est divisée par un facteur dont la
valeur est celle affichée sur la roue codeuse SW4. Puis le
diviseur U3 procède à son tour à une division qui
dépend du nombre affiché sur la roue codeuse SW3. Puis
transmission du signal divisé au diviseur U2, puis au diviseur
U1, qui terminent le travail. On retrouve finalement le signal
"totalement divisé" sur l'entrée COMPIN du comparateur de
phase du CD4046, qui va pouvoir ainsi le comparer au signal de
référence.