Les circuits oscillateurs produisent des signaux périodiques en sortie. Ils peuvent convertir n'importe quel signal DC en signal AC avec différentes fréquences en fonction de sa composition. Nous discuterons de l'oscillateur en pont de Vienne, de son principe de fonctionnement ainsi que des versions modifiées et des exemples dans cet article.
L'oscillateur du pont de Vienne
L'oscillateur à pont de Wein est la forme orientée fréquence du pont de Wheatstone. Dans sa formation en pont, deux bras contiennent uniquement des résistances, tandis que les deux autres contiennent des combinaisons de résistances et de condensateurs. L'un des bras de l'oscillateur en pont est constitué d'un circuit RC en série avec un autre circuit RC parallèle, comme indiqué ci-dessous :
Les combinaisons condensateur-résistance de deux bras ressemblent à des filtres passe-haut et passe-bas, comme indiqué dans la figure ci-dessous :
Principe de fonctionnement
Lorsque des fréquences plus basses sont appliquées, les condensateurs série offrent une réactance très élevée puisque la réactance d'un condensateur est inversement proportionnelle à la fréquence, comme indiqué par :
En raison de la réactance très élevée, le condensateur se comporte comme un circuit ouvert et la sortie reste donc nulle.
Lorsque des fréquences plus élevées sont appliquées, les deux condensateurs C1 et C2 offrent une faible réactance et agissent comme un court-circuit. Dans cette situation, le signal d'entrée suit le chemin court-circuité de C1 et C2 pour revenir à l'alimentation. La tension de sortie reste également nulle dans ce cas.
Cependant, nous pouvons sélectionner une plage de fréquences moyennes entre la très haute fréquence et la très basse fréquence, de sorte que les conditions de circuit ouvert et de court-circuit puissent être évitées. La fréquence moyenne à laquelle la tension de sortie semble être maximale est appelée fréquence de résonance.
Représentation graphique
À la fréquence de résonance, l’amplitude de sortie équivaut à près d’un tiers de la tension d’entrée. Le graphique, lorsqu'il est tracé entre le gain de sortie et le déphasage, fournit une illustration de l'avance de phase, du retard de phase et du point de résonance, comme indiqué ci-dessous :
Aux basses fréquences, l'angle de phase affiche +90 degrés, indiquant une avance de phase entre les signaux d'entrée et de sortie, tandis qu'aux hautes fréquences, l'angle de phase devient -90 degrés, indiquant qu'il y aura un retard de phase entre les signaux d'entrée et de sortie. Le point de fréquence moyenne, fr indique les fréquences de résonance où deux signaux sont en phase l'un avec l'autre.
Aux basses fréquences, l'angle de phase affiche +90 degrés, indiquant une avance de phase entre les signaux d'entrée et de sortie, tandis qu'aux hautes fréquences, l'angle de phase devient -90 degrés, indiquant qu'il y aura un retard de phase entre les signaux d'entrée et de sortie. Le point de fréquence moyenne, fr indique les fréquences de résonance où deux signaux sont en phase l'un avec l'autre.
Expression de fréquence d'oscillateur
La fréquence de résonance est calculée ci-dessous :
Pour la fréquence de résonance ; R1=R2=R et C1=C2=C :
Oscillateur Wein Bridge avec ampli-op
Les oscillateurs à pont de Wein peuvent également intégrer des amplificateurs opérationnels dans leur circuit. Les bornes des amplificateurs opérationnels sont connectées aux deux points de l'oscillateur du pont de Wein comme indiqué ci-dessous :
La seule limitation de cette configuration est la limitation des fréquences plus élevées. Les oscillateurs en pont de Wein basés sur des amplificateurs opérationnels doivent fonctionner en dessous de 1 MHz. Cela est dû au fait que les ponts de Wein sont des oscillateurs basse fréquence compris entre 20 Hz et 20 kHz.
Exemple
Considérons une résistance de 20 kΩ et un condensateur variable de 10 nf à 2 000 nf dans le circuit oscillateur en pont de Wein. Évaluer les valeurs maximales et minimales des fréquences d'oscillation.
La fréquence des oscillations est donnée par :
Pour la fréquence la plus basse, fmin ;
Pour la fréquence la plus élevée, fmax :
Conclusion
L'oscillateur à pont de Wein est une combinaison de réseaux de filtres passe-haut et passe-bas. Il fonctionne à la fréquence de résonance où la tension de sortie semble être maximale. Au-dessus et en dessous de cette fréquence, la sortie nulle est maintenue.