Electronique - Oscillateur sinus

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Mathusalem
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Electronique - Oscillateur sinus

par Mathusalem » 24 Déc 2010, 11:01

Bonjour,
Dans mon cours d'électronique, j'ai l'introduction aux oscillateurs, bascules astables et générateurs de signaux.

A un moment, il y a l'explication suivante : L'oscillateur sinus est un système linéaire décrit par une équation différentielle dont la solution permanente est . Exemple simple : le circuit LC sans perte.
J'arrive à comprendre cela, en effet l'équation différentielle de la tension dans un tel circuit s'écrit
avec .

Ce que je ne comprends pas : à la page suivante, ils expliquent le "principe" de l'oscillateur sinus :
Un quadripole linéaire, avec une fonction de transfert en boucle ouverte, peut générer une oscillation sinusoidale de pulsation et d'amplitude constante lorsque la sortie est rebouclée sur l'entrée (boucle fermée) à condition que :
(phase nulle et amplitude 1)

Cependant, pour que cela démarre, il faut un > 1 pour amplifier le bruit, puis ensuite les éléments actifs saturent et réduisent le gain à 1.

-----
Je capte pas du tout en quoi reboucler le quadripôle sur soi avec un gain de 1 génère en quoique ce soit un signal sinusoidal... Quelque éclairement ?

-



Black Jack

par Black Jack » 24 Déc 2010, 15:43

Mathusalem a écrit:Bonjour,
Dans mon cours d'électronique, j'ai l'introduction aux oscillateurs, bascules astables et générateurs de signaux.

A un moment, il y a l'explication suivante : L'oscillateur sinus est un système linéaire décrit par une équation différentielle dont la solution permanente est . Exemple simple : le circuit LC sans perte.
J'arrive à comprendre cela, en effet l'équation différentielle de la tension dans un tel circuit s'écrit
avec .

Ce que je ne comprends pas : à la page suivante, ils expliquent le "principe" de l'oscillateur sinus :
Un quadripole linéaire, avec une fonction de transfert en boucle ouverte, peut générer une oscillation sinusoidale de pulsation et d'amplitude constante lorsque la sortie est rebouclée sur l'entrée (boucle fermée) à condition que :
(phase nulle et amplitude 1)

Cependant, pour que cela démarre, il faut un > 1 pour amplifier le bruit, puis ensuite les éléments actifs saturent et réduisent le gain à 1.

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Je capte pas du tout en quoi reboucler le quadripôle sur soi avec un gain de 1 génère en quoique ce soit un signal sinusoidal... Quelque éclairement ?

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Commence par aller voir sur ce lien (chapitre 9), il y a quelques explications sur un type d'oscillateur sinusoïdal.

http://subaru2.univ-lemans.fr/enseignements/physique/02/cours_elec/aop.pdf

:zen:

Black Jack

par Black Jack » 27 Déc 2010, 11:57

Réponse aux questions posées sur l'exemple donné dans le lien.

Soit le montage suivant (dessin du haut ici) : http://img225.imageshack.us/i/sanstitred.gif/

On peut facilement montrer que la foncion de transfert est Vs/Ve = (R1+R2)/R2 * pRC/(1+3pRC+p²R²C²) (Avec p = jw si on est en régime sinusoïdal et d/dt dans un cas général)

Ce montage est celui appelé en "boucle ouverte" puisque Ve n'est pas bouclé avec Vs.

Que faut-il pour que ce montage présente une fonction de transfert valant 1 pour une pulsation w donnée ?

a) Il faut |Vs/Ve| = 1

Or |Vs/Ve| = (R1+R2)/R2 * RC/V((1-w²R²C²)²+9R²C²)
Et le calcul donne |Vs/Ve| = 1 pour w = 1/(RC) si R1 = 2R2

Mais il faut aussi que dans ces conditions (w = 1/(RC) et R1=2R2) on ait vs en phase avec Ve.

Et en effet, on a dans les conditions dites : Vs/Ve = (R1+R2)/R2 * j/(1+3j - 1) = (R1+R2)/(3R2) --> Vs est bien en phase avec Ve.
*****
Donc, avec R1 = 2R2, on a : Vs/Ve = 3pRC/(1+3pRC+p²R²C²)

Et le montage en boucle ouverte donne Vs/Ve = 1 pour Ve sinusoïdale de pulsation w = 1/(RC) (et pour aucune autre valeur de w, (c'est facile à montrer))
*****

Vs/Ve = 3pRC/(1+3pRC+p²R²C²)
Vs.(1+3pRC+p²R²C²) = 3pRC.Ve

L'équation différentielle régissant cela est :
Vs + 3RC dVs/dt + R²C² d²Vs/dt² = 3RC dVe/dt

Si on boucle maintenant Ve avec Vs ... (Dessin du bas ici) : http://img225.imageshack.us/i/sanstitred.gif/
On obtient l'équation différentielle : Vs + 3RC dVs/dt + R²C² d²Vs/dt² = 3RC dVs/dt

R²C² d²Vs/dt² + Vs = 0
Cette équation régit le fonctionnement du circuit bouclé (Vs raccordé à Ve)

... Et cette équation n'a que 2 types de solutions possibles.

1) Vs = 0
2) Vs = A.sin(t/(RC) + Phi)

Et pour autant que le moindre "bruit" existe, la solution Vs = 0 ne se produira pas ou du moins ne pourra pas perdurer et donc le montage bouclé aura une réponse :
Vs = A.sin(t/(RC) + Phi) ... qui est bien une oscillation sinusoïdale.

Le dernier point à attaquer est de déterminer la valeur de la "constante" A (amplitude de la sinusoïde) qui, a priori, peut être n'importe quoi et notamment entraîner une saturation de l'ampli ... ou même être nulle ou presque.
*****

Comment ajuster la valeur de A ?

Si on écrivait l'équation différentielle du montage bouclé mais en laissant les expressions littérale de R1 et R2, on trouverait :

R²C² d²Vs/dt² + RC(2 - R1/R2).dVs/dt + Vs = 0

qui bien entendu avec R1 = 2R2 donne l'équation vue avant.

On peut donc en modifiant un poil le rapport R1/R2, obtenir que RC(2 - R1/R2) soit 0 ... ce qui alors donnerait une réponse où l'amplitude de l'oscillation dimunerait sans cesse ... jusqu'à 0.

Il "suffit" donc par exemple d'utiliser pour R1 et/ou R2 des résistances dont la valeur varie (dans le bon sens) avec la tension ... Et s'arranger pour que RC(2 - R1/R2) soit pile = 0 lorsque A a la valeur désirée.
Toutes "velléités" pour s'éloigner de cette valeur de A pour l'oscillation sera neutralisée par une variation de valeur de R1 et/ou R2.

On peut naturellement penser à d'autres moyens pour y arriver.

:zen:

Mathusalem
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par Mathusalem » 27 Déc 2010, 17:31

Merci pour ces détails !

 

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