Les Oscillateurs - ABCelectronique

Les Oscillateurs 1
Les Oscillateurs
A. Oumnad
Sommaire
I Les Oscillateurs....................................................................................................................................................... 2
I.1 Condition d'oscillation .................................................................................................................................. 2
I.2 Oscillateur à pont de Wien.......................................................................................................................... 5
I.3 Oscillateur à déphasage (phase shift)...................................................................................................... 6
I.4 Oscillateur à circuit accordé (LC) ............................................................................................................. 8

Les Oscillateurs 2
I LES OSCILLATEURS
Un oscillateur est un amplificateur qui s'auto-alimente grâce à un
2ème amplificateur (atténuateur) qui réinjecte la tension de sortie vers
l'entrée.
• Ac : Gain complexe de la chaîne directe ⎩
⎨
⎧
A
C
A
Aϕ
• Bc : Gain complexe de la chaîne de retour ⎩
⎨
⎧
B
C
B
Bϕ
I.1 Condition d'oscillation
Supposons qu'à un instant donné, nous avons la tension Ve à l'entrée de la chaîne directe, nous auront
en sortie une tension d'amplitude AVe déphasée de ϕA par rapport à Ve. Pour qu'il y ait oscillation, c.a.d.
pour que le signal de sortie se maintienne, il faut que l'amplificateur de retour soit tel que le signal
ramené vers l'entrée soit identique à Ve (en amplitude et en phase). Pour cela il faut qu'il vérifie la
condition suivante :
A.B = 1 , ϕB + ϕA = 0 = ± 2π = ± 360°
Il faut faire un peut attention avec les phases, car un retard de ϕ peut aussi être considéré comme
une avance de 2π - ϕ. Si on considère les deux déphasages comme :
• Des retards, ϕA < o et ϕB < 0, ==> ϕA + ϕB = -360°.
• Des avances, ϕA > 0 et ϕB > 0, ==> ϕA + ϕB = +360°.
• Un retard et un avance ==> ϕA + ϕB = 0
L'exemple de la figure 7.2 montre les signaux d'un oscillateur tel que :
A=2, ϕA = -π/2 , B = 1/2, ϕB = -3π/2
0
-2
0
2
0π2π
-2
0
2
0π2π
-2
0
2
Ve
A.Ve
B(A.Ve)
3π/2
π/2
π2π
Fig. 7.2 : Exemples de signaux d'un oscillateur
Sortie
A
B
Fig. 7.1: principe d'un oscillateur

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Dans la pratique, il est difficile de réaliser avec exactitude la relation A . B = 1. Ceci à cause de la
dérive des caractéristiques des composants avec la température et le vieillissement. Même si on arrive à
réaliser l'égalité, deux cas peuvent se présenter à cause de la dérive,
• Au bout d'un certain temps, on se retrouve avec A . B < 1, soit B < 1/A, le signal ramené par B à
l'entrée est légèrement inférieur à Ve (qui l'a généré), donc Vs sera un peut plus faible que
précédemment et ainsi de suite jusqu'à extinction du signal. Ce phénomène est illustré sur la figure
7.3.
Ve
Vs B
A
Veo
Ve1
Ve2Ve3
Vso
Vs1
Vs2
Vs3
B<1/A
0
Fig. 7.3 : Extinction du signal d'un oscillateur, A.B < 1
• Au bout d'un certain temps, on se retrouve avec A . B > 1, soit B > 1/A, le signal ramené par B à
l'entrée est légèrement supérieur à Ve (qui l'a généré), donc Vs sera un peut plus grand que
précédemment et ainsi de suite jusqu'à ce que le signal atteigne l'amplitude maximale qu'il peut
prendre, au-delà de cet état on dit qu'il y a saturation ou écrêtage du signal. Ce phénomène est
illustré sur la figure 7.4.
Ve
Vs
B
A
Veo Ve1 Ve2
Vso
Vs1
A<1/B
Vsmax
0
Fig. 7.4 Ecrêtage du signal d'un oscillateur , A.B > 1
Pour remédier à ce problème, on introduit une non linéarité dans le gain de la chaîne directe afin
d'avoir A < 1
B pour les faible amplitudes, et A > 1 B pour les grandes amplitudes. Le point d'intersection
des caractéristiques de transfert A et B est un point d'amplitude stable (figure 7.5). Les composants
sont calculés pour qu'il y ait toujours un point d'intersection malgré la dérive des caractéristiques des
composants.
Une non linéarité peut être obtenue en introduisant à fonctionnement non linéaire comme une lampe à
incandescence, une thermistance ou un composant actif comme une diode ou un amplificateur à effet de
champ.

Les Oscillateurs 4
Quand l'amplitude du signal est égale à Ao
= amplitude d'oscillation ou amplitude stable,
les éléments non linéaires de L'ampli A sont
tels que A = 1
B, point de fonctionnement Q. A
droite du point Q, A < 1
B , donc l'amplitude va
en diminuant jusqu'à ce qu'elle arrive à Ao.
De la même façon, si pour une raison
quelconque on se trouve à gauche de Q,
l'amplitude va en augmentant jusqu'à ce
qu'elle arrive à Ao. A la mise sous tension,
c'est l'amplitude du bruit (≅0) qui fait
démarrer l'oscillateur.
Comme exemple de thermistances on peut citer la CTN
qui est une résistance à Coefficient de Température
Négatif. Quand la température augmente, sa résistance Rth
diminue. Si on considère l'amplificateur de la figure 7.6,
quand Vs augmente, le courant dans la CTN augmente
provoquant son échauffement et par la suite la diminution
de Rth qui provoque la diminution du gain :
G
R
R
Rth
=+ + 12
1
Il arrive qu'on utilise des techniques plus sophistiquées pour agir
sur le gain de l'amplificateur en fonction de l'amplitude de sa
tension de sortie. On dit qu'on fait un contrôle automatique du gain
CAG. La techniques de CAG se compose généralement en deux
parties, d'abord un circuit qui permet de déterminer l'amplitude du
signal de sortie, il s'agit généralement d'un détecteur de crête qui
fournit une tension continue proportionnelle à l'amplitude du signal.
Puis d'un composant dont la valeur peut varier en fonction d'une
tension de commande. Cette dernière n'est rien d'autre que la
tension délivrée par le détecteur de crête.
Un exemple est illustré sur la figure 7.8, Le
JFET est utilisé comme résistance variable
commandée par VGS à condition que VDS soit faible
(figure 7.9). R
R
DS DSON
V
V
GS
p
=+1
RDSON et Vp sont fournit par le constructeur.
Vds
Id
Vp
Idss
Rdson
1
Rds
1
Vgs=0
-0.5
-1
-1.5
Fig. 7.9 Caractéristiques de transfert d'un JFET
Ve
Vs B
A
Ve
Vs
Amplitude
d'oscillation
Fig. 7.5 : Stabilisation de l'amplitude d'un oscillateur .
+
Ve
R1
R2 Rth
CTN
Vs
Fig. 7.6 : amplificateur à gain non linéaire
Sortie
A
B
CAG
Fig. 7.7 Stabilisation par CAG
+
Ve
R1
R2
Vs
Détecteur
de crête
Fig. 7.8 Amplificateur avec CAG
Av
R
RR
DS
=+ + 12
1

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Un exemple de détecteur de crête simple est illustré sur la figure 7.10. Il faut que la constante de
temps R.C soit la plus grande possible pur ne pas avoir d'ondulation
Vs
Ve
RC
VsVe Vo Δν
τΔν
Vo =1
4CRf = Ondulation
=
Fig. 7.10 : détecteur de crête simple
I.2 Oscillateur à pont de Wien
C'est un oscillateur qui utilise un pont de Wien dans la chaîne de
retour. Pour déterminer la fonction de transfert Bc=Vs/Ve,
ZRCR
RR jRC
pjC
jC
==
+=+
// 1
11
ω
ωω
Z RserieC R
j
R
C
jC
sjC
==+=
+
11
ω
ω
ω
BZ
ZZ R
R
jRC
jRC R C jRC
cp
ps
R
jRC
R
jRC jRC jC R C jRC
jC
()ωω
ωωω
ω
ω
ω
ωωω
ω
=+=+=+=+− +
+
+
+−+
1
1112 222
222 12
B
j
R
C
R C jRC
c() ()
ω
ω
ωω
=−+13
222
ωω ϕ== ⇒ =
o
RC
10 B= 1
3 et B
Pour Obtenir une oscillation il suffit de prendre un amplificateur non-inverseur de gain 3 dans la
chaîne directe : A=3 et ϕA = 0, (figure 7.12).
+
R1
R2=2R1
Vs
CR
R
C
+
R1
R2
Vs
CR
R
C
10k
10k
15nF
15nF
3.6k
1.5k
Cd
Fig. 7.12 : Oscillateur à pont de Wien Fig. 7.13 : Oscillateur à pont de Wien stabilisé par CAG
RC
RC
Ve Vs
Fig. 7.11 : Pont de Wien