Qu’est-ce qu’un oscillateur?

Un oscillateur est un circuit qui produit une forme d’onde continue, répétée et alternative sans aucune entrée. Les oscillateurs convertissent essentiellement le flux de courant unidirectionnel d’une source de courant continu en une forme d’onde alternative de la fréquence souhaitée, telle que décidée par ses composants de circuit.

Le principe de base du fonctionnement des oscillateurs peut être compris en analysant le comportement d’un circuit de réservoir LC illustré à la figure 1 ci-dessous, qui utilise une inductance L et un condensateur C complètement préchargé comme composants. Ici, au début, le condensateur commence à se décharger via l’inducteur, ce qui entraîne la conversion de son énergie électrique en champ électromagnétique, qui peut être stocké dans l’inducteur. Une fois que le condensateur se décharge complètement, il n’y aura plus de courant dans le circuit.

Cependant, à ce moment-là, le champ électromagnétique stocké aurait généré une CEM arrière qui entraînerait l’écoulement du courant dans le circuit dans le même sens que celui d’avant. Ce flux de courant à travers le circuit se poursuit jusqu’à ce que le champ électromagnétique s’effondre, ce qui entraîne la rétro-conversion de l’énergie électromagnétique en forme électrique, provoquant la répétition du cycle. Cependant, maintenant, le condensateur se serait chargé de la polarité opposée, grâce à laquelle on obtient une forme d’onde oscillante en sortie.

Cependant, les oscillations qui surviennent du fait de l’inter-conversion entre les deux formes d’énergie ne peuvent pas durer éternellement car elles seraient soumises à l’effet de la perte d’énergie due à la résistance du circuit. En conséquence, l’amplitude de ces oscillations diminue régulièrement pour devenir nulle, ce qui les rend amorties dans la nature.

Ceci indique que pour obtenir les oscillations continues et d’amplitude constante, il faut compenser la perte d’énergie. Néanmoins, il est à noter que l’énergie fournie doit être contrôlée avec précision et doit être égale à celle de l’énergie perdue pour obtenir les oscillations d’amplitude constante.

En effet, si l’énergie fournie est supérieure à l’énergie perdue, l’amplitude des oscillations augmentera (Figure 2a) conduisant à une sortie déformée; alors que si l’énergie fournie est inférieure à l’énergie perdue, l’amplitude des oscillations diminuera (figure 2b) conduisant à des oscillations non durables.

Pratiquement, les oscillateurs ne sont rien d’autre que les circuits amplificateurs qui sont pourvus d’une rétroaction positive ou régénératrice dans laquelle une partie du signal de sortie est renvoyée à l’entrée ( Figure 3). L’amplificateur est ici constitué d’un élément actif amplificateur qui peut être un transistor ou un ampli-op et le signal en phase rétro-alimenté est tenu responsable du maintien (maintien) des oscillations en compensant les pertes dans le circuit.

Une fois l’alimentation allumée, les oscillations seront déclenchées dans le système en raison du bruit électronique présent dans celui-ci. Ce signal de bruit parcourt la boucle, s’amplifie et converge très rapidement vers une onde sinusoïdale à fréquence unique. L’expression du gain en boucle fermée de l’oscillateur représenté sur la figure 3 est donnée comme suit:

Où A est le gain de tension de l’amplificateur et β le gain du réseau de rétroaction. Ici, si Aß >1, alors les oscillations augmenteront en amplitude (Figure 2a); alors que si Aß <1, alors les oscillations seront amorties (Figure 2b). Par contre, Aß=1 conduit aux oscillations qui sont d’amplitude constante (Figure 2c). En d’autres termes, cela indique que si le gain de la boucle de rétroaction est faible, l’oscillation s’éteint, tandis que si le gain de la boucle de rétroaction est important, la sortie sera déformée; et seulement si le gain de rétroaction est unité, alors les oscillations seront d’amplitude constante conduisant à un circuit oscillatoire auto-entretenu.

Type d’oscillateur

Il existe de nombreux types d’oscillateurs, mais peuvent généralement être classés en deux catégories principales: les Oscillateurs Harmoniques (également appelés Oscillateurs linéaires) et les Oscillateurs de relaxation.

Dans un oscillateur harmonique, le flux d’énergie est toujours des composants actifs aux composants passifs et la fréquence des oscillations est déterminée par le chemin de rétroaction.

Alors que dans un oscillateur de relaxation, l’énergie est échangée entre les composants actifs et passifs et la fréquence des oscillations est déterminée par les constantes de temps de charge et de décharge impliquées dans le processus. De plus, les oscillateurs harmoniques produisent des sorties d’ondes sinusoïdales à faible distorsion tandis que les oscillateurs de relaxation génèrent des formes d’ondes non sinusoïdales (en dents de scie, triangulaires ou carrées).

Les principaux types d’oscillateurs comprennent:

• Oscillateur à Pont de Wien
• Oscillateur à Déphasage RC
• Oscillateur Hartley
• Oscillateur à Commande de Tension
• Oscillateur Colpitts
• Oscillateurs Clapp
• Oscillateurs à Cristal
• Oscillateur Armstrong
• Oscillateur à Collecteur accordé
• Oscillateur Gunn
• À couplage croisé Oscillateurs
• Oscillateurs à Anneau
• Oscillateurs Dynatron
• Oscillateurs Meissner
• Oscillateurs Électroniques I Wish
• Oscillateurs Pierce
• Oscillateurs Robinson
• Oscillateurs Tri-tet
• Oscillateurs Pearson-Anson
• Oscillateurs à ligne à retard
• Oscillateurs Royer
• Oscillateurs à couplage électronique
• Oscillateurs Multi-ondes

Les oscillateurs peuvent également être classés en différents types en fonction du paramètre considéré, c’est-à-dire en fonction du mécanisme de rétroaction, de la forme de la forme d’onde de sortie, etc.. Ces types de classifications ont été donnés ci-dessous:

1. Classification Basée sur le Mécanisme de Rétroaction: Oscillateurs de Rétroaction Positive et Oscillateurs de Rétroaction Négative.Classification
2. Basée sur la Forme de la Forme d’onde de sortie: Oscillateurs à onde sinusoïdale, Oscillateurs à Onde carrée ou Rectangulaire, Oscillateurs à balayage (qui produisent une forme d’onde de sortie en dents de scie), etc.
3. Classification Basée sur la Fréquence du Signal de Sortie: Oscillateurs Basse Fréquence, Oscillateurs Audio (dont la fréquence de sortie est de portée audio), Oscillateurs Radiofréquences, Oscillateurs Haute Fréquence, Oscillateurs Très Haute Fréquence, Oscillateurs Ultra Haute Fréquence, etc.
4. Classification Basée sur le type de contrôle de fréquence Utilisé: Oscillateurs RC, Oscillateurs LC, Oscillateurs à quartz (qui utilisent un cristal de quartz pour obtenir une forme d’onde de sortie stabilisée en fréquence), etc.Classification Basée sur la Nature de la Fréquence de la Forme d’Onde de Sortie: Oscillateurs à Fréquence Fixe et Oscillateurs à Fréquence Variable ou Accordable.

Applications d’oscillateurs

Les oscillateurs sont un moyen simple et bon marché de générer une fréquence spécifique d’un signal. Par exemple, un oscillateur RC est utilisé pour générer un signal basse fréquence, un oscillateur LC est utilisé pour générer un signal haute fréquence et un oscillateur basé sur un ampli-op est utilisé pour générer une fréquence stable.

La fréquence d’oscillation peut être modifiée en faisant varier la valeur de la composante avec des arrangements de potentiomètre.

Certaines applications courantes des oscillateurs incluent:

• Montres à quartz (qui utilise un oscillateur à cristal)
• Utilisées dans divers systèmes audio et systèmes vidéo
• Utilisées dans divers appareils de radio, de télévision et autres appareils de communication
• Utilisées dans les ordinateurs, les détecteurs de métaux, les pistolets paralysants, les onduleurs, les applications à ultrasons et à radiofréquences.
• Utilisé pour générer des impulsions d’horloge pour les microprocesseurs et les micro-contrôleurs
• Utilisé dans les alarmes et les bourdonnements
• Utilisé dans les détecteurs de métaux, les pistolets paralysants, les onduleurs et les ultrasons
• Utilisé pour faire fonctionner des lumières décoratives (par exemple des lumières dansantes)