Oscillateurs Sinuso
Oscillateurs Sinuso ï ï daux daux
1. Structure g
1. Structure g é é n n érale é rale
• Chaine directe : Amplificateur
• Retour : Filtre
• Transmittance de boucle : TBO = A.B
B
uE uS
uR
A
2. Entretien d
2. Entretien d ’ ’ oscillations oscillations
• Lorsque le système oscille, il existe à sa sortie un signal sinusoïdal s(t) de fréquence fo et d’amplitude E :
• Condition d’oscillation:
A
A(j(jωω00 ).).BB(j (j ωω00 )) = 1= 1
(Condition de Barkhausen)
• A la fréquence d’oscillation:
- L’amplification de la chaine directe compense l’atténuation du quadripôle de réaction : |A(ω0)| = 1 / |B(ω0)|
- Le déphasage apporté par l’amplificateur compense celui apporté par le filtre : arg(A(ω0)) = - arg(B(ω0))
B
uE uS
uR
A
3. D
3. Dé é marrage de l’ marrage de l ’ oscillateur oscillateur
A la mise sous tension, il faut A(jω0 ).B(j ω0 ) > 1 pour que l’amplitude des oscillations croisse à partir de zéro.
L’amplitude des oscillations se stabilise quand A(jω0 ).B(j ω0 ) = 1
A.B > 1
L’amplitude croit
A.B = 1
L’amplitude se stabilise
A.B > 1
L’amplitude croit
A.B = 1
L’amplitude se stabilise
A.B > 1
L’amplitude croit
A.B = 1
L’amplitude se stabilise
4. Stabilisation de l
4. Stabilisation de l ’ ’ amplitude amplitude
Le passage de A.B > 1 (démarrage) à A.B = 1 (entretien) nécessite un amplificateur dont le gain décroit quand l’amplitude des signaux augmente (non linéaire).
A
u
Eu
Eu
Eu
SRemarque : Un amplificateur non linéaire interdit au signal de sortie d’être purement sinusoïdal !
5. Puret
5. Puret é é spectrale spectrale
La qualité du signal délivré est mesurée par son THD
Exemple: Oscillateur 1MHz Fdtl : -5 dBm soit ≈ 125 mV H2et H3: -40dBm soit ≈ 2mV H5: -52dBm soit ≈ 0,6mV
% 5 , 125 2
) 6 , 0 2 2
( 2 2 2
+ ≈
= + THD
6. Stabilit
6. Stabilit é é de la fr de la fr é é quence quence
A la fréquence f0 d’oscillation, on a arg TBO = 0
En pratique, des influences extérieures (température, vieillissement…) peuvent amener des variations de phase; la fréquence f0 glisse alors pour rétablir la condition de Barkhausen
argTBO
La stabilité en fréquence est mesurée par s :
Elle est d’autant meilleure que la variation de phase est forte au voisinage de f0 c’est-à-dire que le quadripôle de retour est sélectif.
0 0
0.
ω
ω ω ϕ
= d
s d
7. Bruit de phase 7. Bruit de phase
fréquence fréquence
dBm dBm
f0 f0
Oscillateur idéal Oscillateur réel
∆f
BPh
Le bruit de phase (BPh) se mesure à l’analyseur de spectre : C’est l’écart de niveau par rapport à la fréquence centrale f0, à une certaine distance de celle-ci (en principe 10kHz), et ramené à une bande de fréquence de 1Hz. Il s’exprime en dBc/Hz.
8.1 Exemples : Oscillateurs RC 8.1 Exemples : Oscillateurs RC
Fréquences inférieures à quelques centaines de kHz
Oscillateur à réseau de Wien Oscillateur « phase shift »
A>0
R R C
C R
0
A<0
R R R
C C C
0
f RC
= π 2
1
0
RC
f
6 2
1
0
= π
8.2 Exemples : Oscillateurs LC 8.2 Exemples : Oscillateurs LC
Fréquences : De 100 kHz à quelques dizaines de MHz
Oscillateur de Pierce A<0
C2
0
C1
L
2 1
2 1 0
. 2
1
C C
C L C f
π +
=
A
L
C
C2
C1
Oscillateur de Colpitts
) .(
2
1
2 1
2 1 0
C C
C C C
L f
+ + π
=
A
L
C
C2
C1 C0
Oscillateur de Clapp
) '.(
2
1
2 1
2 1 0
C C
C C C
L f
+ + π
=
9. Stabilisation de fr
9. Stabilisation de fr é é quence par r quence par r é é sonateur sonateur
Résonateur céramique : f < 10MHz
Quartz : 1MHz < f < 100MHz
L C
C0 R
Réactance
LC f
S= π 2
1
. ) ( 2
1
0 0
C C
C L C
f
Pπ +
=
10. Oscillateurs
10. Oscillateurs à à quartz quartz
Dans la plage de fréquence comprise entre fs et fp, le résonateur équivaut à une inductance et peut remplacer la bobine d’un oscillateur LC.
A<0
C2
0
C1
XTAL
Oscillateur de Pierce à quartz
