Rapport élégant

CANIVET Gaëtan Décembre 2004
PELLETIER Philippe
C O N C E P T I O N E T
R E A L I S AT I O N D E S S Y S T E M E S
E L E C T RO N I QU E S
VCO CARRE
(OSCILLATEUR COMMAND E EN TENSION)
2ème année Filière Energie Série D
E c o le Natio n a l e S u p é r ie ure d ’ Ingé n i e u r s E l ec t ri c i e n s de Gre nobl e .

1. CAHIER DES CHARGES ..................................................................................................................... 1
2. DESCRIPTION DU FONCTIONNEMENT ........................................................................................ 1
3. SHEMA DE PRINCIPE ......................................................................................................................... 2
4. DIMENSIONNEMENT ......................................................................................................................... 3
4.1. AIDE AU DIMENSIONNEMENT ............................................................................................................ 3
4.2. ETUDE DU GENERATEUR DE COURANT .............................................................................................. 3
4.3. ETUDE DE LA PARTIE COMPARATEUR ................................................................................................ 4
4.4. CAS DE LA DIODE .............................................................................................................................. 5
5. TESTS ...................................................................................................................................................... 5
5.1. GENERATEUR DE COURANT .............................................................................................................. 5
5.2. PARTIE COMPARATEUR ..................................................................................................................... 6
6. REALISATION DU CIRCUIT IMPRIME .......................................................................................... 6
7. PROBLEMES RENCONTRES ............................................................................................................. 7
8. CONCLUSIONS ..................................................................................................................................... 7

1
Le but de ce projet est de concevoir un oscillateur commandé en tension permettant d’obtenir un
signal carré, de fréquence proportionnelle à une tension de commande.
Le principe de l’oscillateur commandé en tension repose sur la charge et la décharge à courant
constant (+I ou –I) d’un condensateur, générant de ce fait un signal triangulaire. La fréquence
d’oscillation est fixée par l’intermédiaire de l’amplitude du courant I. Le maintien du signal triangulaire
entre deux seuils (haut et bas) se fait par la commutation du courant injecté dans le condensateur (+I
ou –I).
1. CAH IE R D E S C HARG E S
Pour mener à bien ce projet, un cahier des charges nous est imposé dont les caractéristiques sont
les suivantes :
- Tension d’alimentation :
 Vpos = +15Volts
 Vneg = -15Volts
- Rapport fréquence / tension :
 10 kHz / Volts
- Linéarité meilleure que :
 1% de 30 mV à 3V
 20% de 3 mV à 30 mV
- Impédance d’entrée :
 ≈ 10 kΩ
2. D ES C RI PT I O N DU F ON C T I ON NEM E NT
L’utilisateur désirant une certaine fréquence de sortie, applique en entrée de la carte VCO carré,
une tension adéquate, entre 3 mV et 3V, selon le rapport fréquence sur tension de 10 kHz / Volts.
Ainsi pour obtenir une fréquence de 10 kHz, l’utilisateur doit appliquer une tension d’entrée de 1 Volt.
Une fois cette tension appliquée, la partie Générateur de courant délivre un courant proportionnel à
cette tension d’entrée par l’intermédiaire de miroirs de courant I et 2I. Ce courant permettra de charger
ou de décharger le condensateur C selon l’état de la diode D1 (passante ou bloquée). La charge et la
décharge du condensateur permettent donc d’obtenir une tension triangulaire de fréquence
proportionnelle au courant donc à la tension d’entrée. Selon le potentiel aux bornes du condensateur,
un comparateur à hystérésis permet de délivrer un signal carré de fréquence identique au signal
triangulaire. En effet les seuils de basculement permettent de commander, grâce aux deux transistors
T2D et T2C, la mise de la sortie soit à 15V soit à la masse, mais également l’activation ou l’inhibition
du générateur –2I. Par ailleurs, il est possible de régler le gain du montage en agissant sur P1, mais
également l’offset de AO1 en jouant sur P2. Pour obtenir une bonne conversion il faut annuler la
tension aux bornes de R13 pour une entrée nulle en agissant sur le potentiomètre P2.

2
3. SHE MA DE P RI NCI P E

3
4. D IM ENS ION NEM ENT
4 . 1 . AID E A U D IM E NS I ONN EM EN T
La tension maximale aux bornes des résistances R12 à R16 est choisie la plus grande possible tout
en conservant une possibilité de réglage de P1.
L’oscillation de la tension aux bornes du condensateur C est comprise entre +7 et +8 Volts.
Le transistor T2-D contrôle le passage de +I à –I, alors que le transistor T2-C et la résistance R9
permettent d’obtenir un signal de sortie rectangulaire d’amplitude 15 Volts.
L’hystérésis du comparateur (COMP1-B) est contrôlée par R4 et R6.
4 .2 . ETUD E D U G E NE RA T E UR DE C O UR A NT
En entrée de notre montage, nous avons un pont de résistances constitué de deux résistances Rp
et R1, mais également d’un potentiomètre P1. Le cahier des charges nous impose une impédance
d’entrée de l’ordre de 10 kΩ. Ainsi, nous pouvons poser
 kRp2.1
 kR 9.3
1
 kP 5
1
. Les
résistances
p
R
et
1
R
servent à corriger la linéarité.
L’amplificateur opérationnel OA1 fonctionne en linéaire et le rebouclage sur l’entrée inverseuse se
fait par l’intermédiaire de T1-B et T1-A. Le transistor T1-B permet d’amplifier le faible courant de
sortie de OA1 et de faire circuler le même courant dans T1-A et T2-B
Le potentiomètre P2 est destiné à régler l’offset de l’AOP. Les schémas d’exemples donnés dans la
documentation complète du LF356 conseillent de choisir P2=10 k.
Dans cette partie, nous disposons également de deux miroirs de courant servant de générateurs de
courants +I et +2I.
Le miroir de courant constitué des transistors T2-A et T2-B ainsi que des résistances R15 et R16
permet de délivrer un courant +I. L’autre miroir, qui absorbe -2I, est composé des transistors T1-A,
T1-B, T1-C et des résistances R12 à R14
Quel est le principe de fonctionnement d’un miroir de courant ?
Soit le montage ci contre, sur lequel nous avons le même courant qui
commande les deux bases des transistors, lesquels doivent être identiques
(par exemple appartenir au même boîtier), ainsi nous avons
2.21.1 IRIR 
.
Si les deux résistances R1 et R2 sont égales alors nous obtenons I1 = I2.
Dans notre montage, nous avons
 kRRRRR 47.11615141312
,
ce qui a pour effet d’avoir le même courant
IIIIII RRRRR  1615141312
. Par
ailleurs, ce courant n’est pas constant, puisqu’il dépend de la tension de commande. L’amplificateur
opérationnel OA1 fonctionne en régime linéaire ce qui entraîne
 VV
avec
IRV .13
. On a
donc
13REI 
Lorsque T2-D est bloqué par la partie comparateur, un courant 2I passe dans D1, le courant I permet
de décharger le condensateur C. Par contre, lorsque T2-D est saturé, le potentiel de la cathode de D1
est de Vpos, la diode ne peut donc pas conduire, un courant I permet de charger le condensateur C