1 Montages oscillateurs Introduction Ce TP illustre la possibilité de

Montages oscillateurs
Introduction
Ce TP illustre la possibilité de générer des signaux périodiques en utilisant des montages à
ALI fonctionnant de façon instable.
I. Oscillateurs non sinusoïdaux
Le multivibrateur astable est un générateur autonome (il n’y a aucun générateur extérieur,
hormis bien sûr les alimentations des ALI utilisés) qui délivre une tension non sinusoïdale. Il
fonctionne avec des tensions de référence qui permettent le basculement de la tension de
sortie. Cas bascules trouvent de nombreuses applications dans des domaines où elles
permettent de rythmer le temps, comme les horloges dans des circuits d’ordinateur
(microprocesseur) ou des appareils programmables. On les retrouve aussi comme élément de
commande d’interrupteurs dans un dispositif étudié en fin d’année : le hacheur.
1. Étude d’un premier montage.
a. Description du montage
Le montage étudié est représenté ci-contre :
On note à la fois un bouclage de l’ALI sur
son entrée inverseuse et sur son entrée non
inverseuse.
En faisant l’hypothèse d’un fonctionnement
linéaire de l’ALI supposé idéal on peut
montrer que VS satisfait à une équation
différentielle dont la solution est divergente,
ce qui conduit à la saturation de l’ALI. Celuici ne pourra donc prendre que les valeurs
+Vsat et –Vsat.
Le dispositif fonctionne alors de la manière suivante :
 Si vs = Vsat , alors Vr =Vsat ; cet état subsiste aussi longtemps que ve est inférieure à
Vr ;le circuit RC est soumis à Vsat ;le condensateur se charge et au moment où ve
passe par Vr , le basculement se produit.
 Puis vs = -V’sat et Vr = -Vsat ; le circuit RC est soumis à la tension – V’sat :le
condensateur se décharge ,ve diminue , devient négatif ;le basculement se produit
lorsque ve passe par Vr = -V’sat.
La tension de sortie vs est de forme rectangulaire, d’amplitude Vsat. La tension ve est
formée de portions d’exponentielles de constante de temps RC et d’amplitude inférieure à
Vsat (si Vsat = V’sat) ; on parle d’oscillations de relaxation.
La période des oscillations de relaxation est T telle que
T = 2RC ln(1 + 2R1/R2)
(on pourra démontrer cette formule).
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b. Étude expérimentale
On pourra prendre R1 = R2 = 10 k.
Choisir R et C pour avoir T assez grand (de l’ordre de la ms).
Réaliser le montage et observer les signaux à l’oscilloscope.
Mesurer la période expérimentalement et comparer à la valeur théorique attendue.
Vérifier que T est proportionnel à R et C en modifiant ces valeurs.
Que se passe-t-il si on remplace la résistance R par le dispositif ci-dessous ?
Réaliser ce dispositif avec une boite AOIP utilisé en potentiomètre et faire varier la position
de l’ergot. Commentaires.
2. Autre montage multivibrateur.
Un autre montage à ALI possible est le suivant :
Ce montage est celui décrit dans le chapitre 3 du cours : Oscillateurs.
L’observation de VC montre des signaux rectangulaires, celle de VT conduit à des signaux
triangulaires de même période.
R
La période de ces signaux est T = 4 1 RC .
R2
En utilisant des potentiomètres et diodes ,proposer une méthode simple pour :
-faire varier la période T sans toucher à la constante de temps du circuit RC
-modifier le rapport cyclique (durée de la phase où VT affiche +Vsat / péridode du signal) sans
modifier la période des signaux.
Vérifier expérimentalement.
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II. Oscillateurs quasi-sinusoïdaux.
1. Oscillateur quasi-sinusoïdal à pont de Wien
a. Montage.
Le montage étudié est le suivant :
Le dispositif est formé par l’association d’un
montage amplificateur non inverseur et d’un
pont de Wien.
L’entrée du pont de Wien est reliée à la sortie
de l’ALI non inverseur et sa sortie est reliée à
l’entrée + de l’ALI .Le pont de Wien
réinjecte donc une partie du signal de sortie
de l’ALI à l’entrée de l’ALI , réalisant ainsi
une boucle de rétroaction.
Il n’y a aucune alimentation (hormis les
alimentations 15V de l’ALI).
L’ALI est supposé idéal.
La cours a montré que des oscillations peuvent apparaître ; elles sont fonction de la valeur de
R
A = 1+ 2 .
R1
Si on réalise A = 3 le circuit constitue alors théoriquement un oscillateur sinusoïdal de
1
fréquence f 0 =
.
2p RC
b. Expériences
On pourra prendre :
R 15 kC 22nF ; R1 15 k
La résistance R2 est une résistance variable.
On observera les deux tensions v et vS à l’oscilloscope.
Vérifier que le système n’oscille pas tant que le gain de l’AO est inférieur à 3 (commencer par
conséquent avec une valeur de R2 petite), qu’il oscille dès que ce gain atteint la valeur 3, et se
sature d’autant plus fortement que le gain est supérieur à 3.
Pour quelle valeur de R2 obtient-on des oscillations ? Comparer avec la condition
d’accrochage prévue.
Déterminer la fréquence de ces oscillations. Comparer avec f0.
Choisir d’autres valeurs pour R et C.
c. Analyse spectrales des signaux
Lire l’annexe précisant la manière de visualiser le spectre d’un signal observé à l’oscilloscope
Agilent.
Observer le spectre des deux signaux et faire des commentaires sur les spectres observés.
Voir en particulier que v a une allure plus sinusoïdale que vS . Expliquer.
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2. Oscillateur à résistance négative.
a. Principe du montage
En exercice, nous avons montré que le
montage représenté ci-contre pouvait
conduire à des oscillations sinusoïdales, le
dipôle Z étant constitué par une association
série (r,L,C), où r désigne la résistance de la
bobine.
b. Expériences
Réaliser ce montage avec les valeurs numériques suivantes :
R=1 kW , C = 20 nF et L = 40 mH (ordres de grandeurs à respecter).
On rajoutera en série avec le dipôle Z une résistance de valeur connue r =10 W .
RN est une résistance variable.
Observer à l’oscilloscope le signal Ve ainsi que celui aux bornes de la résistance .
(ATTENTION : se poser la question de savoir comment réaliser cette observation sans risquer
de court-circuiter une partie du circuit)
Constater que si RN est trop petit (quelques ohms), il ne se passe rien, les oscillations ne
peuvent s’établir, car RN n’arrive pas à compenser les pertes Joule dans la résistance et dans
celle (r) de la bobine.
Augmenter RN ; constater l’apparition d’oscillations, quasi-sinusoïdales. Repérer la valeur de
RN correspondant à l’apparition de ces oscillations
On pourra :
- mesurer la fréquence de ces oscillations et la comparer à la valeur théorique
- observer les spectres à l’oscilloscope.
- trouver la valeur de la résistance r de la bobine, a priori inconnue.
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