Principes des Oscillateurs et de la Modulation de Signal

Point 19 : Oscillateurs Électroniques

Composants des Oscillateurs

Les oscillateurs peuvent être formés à partir de différentes composantes :

Oscillateurs RC

Ils sont composés de résistances et de condensateurs.

Oscillateurs LC

Ils sont constitués d'inductances et de condensateurs.

Oscillateurs à Quartz

Ils sont composés de cristaux de quartz.

Types d'Oscillateurs, y compris le 555

Multivibrateur

Un multivibrateur est un circuit oscillateur capable de générer une onde carrée. Selon leur fonctionnement, les multivibrateurs peuvent être divisés en deux classes :

• Fonctionnement continu (astable ou libre) : Les ondes sont générées par l'alimentation elle-même.
• Fonctionnement déclenché (monostable) : À partir d'un signal de déclenchement ou d'une impulsion externe depuis son état de repos.

Si un multivibrateur possède deux états stables, il est appelé bistable.

S'il n'en a qu'un, il est appelé monostable (ou « seul coup »).

Dans sa forme la plus simple, deux transistors sont connectés en contre-réaction. Des réseaux utilisant des résistances et des condensateurs dans la boucle de rétroaction permettent de définir les périodes d'instabilité.

Le Circuit Intégré 555

Le circuit intégré 555 (ou minuterie 555) peut être configuré de différentes manières, les plus importantes étant comme multivibrateur astable et monostable.

Multivibrateur Astable (avec 555)

Ce type de fonctionnement se caractérise par une sortie continue en forme d'onde carrée (ou rectangulaire), dont la largeur est définie par le concepteur du circuit.

Multivibrateur Monostable (avec 555)

Dans ce cas, le circuit délivre en sortie une impulsion unique dont la largeur est définie par le concepteur.

Oscillateur RC (détail)

Ils sont construits à partir d'un amplificateur inverseur de phase et d'un réseau de rétroaction capable de déphaser le signal de sortie de 180° et de le réintroduire à l'entrée.

Oscillateur à Pont de Wien

C'est un type d'oscillateur qui génère des ondes sinusoïdales sans signal d'entrée. Il peut générer une large gamme de fréquences. Le pont est constitué de quatre résistances et de deux condensateurs.

Oscillateur LC (détail)

Un oscillateur LC est constitué d'une bobine et d'un condensateur en parallèle. Son fonctionnement est basé sur le stockage d'énergie sous forme de charge électrique dans le condensateur et de champ magnétique dans la bobine.

Oscillateur Colpitts

C'est un circuit électronique basé sur un oscillateur LC, conçu par Edwin H. Colpitts. Il s'agit d'un oscillateur à haute fréquence qui doit fournir en sortie un signal de fréquence fixe sans connexion externe.

Oscillateur Hartley

L'oscillateur Hartley est un circuit électronique basé sur un oscillateur LC. Il s'agit d'un oscillateur à haute fréquence qui doit fournir en sortie un signal de fréquence fixe sans connexion externe.

Oscillateur Vackar

L'oscillateur Vackar est un oscillateur LC amélioré et conçu pour être stable en fréquence. Il ressemble à l'oscillateur Colpitts ou à l'oscillateur Clapp, qui utilisent un réseau de circuits oscillateurs LC complexe. Il diffère en ce que son niveau de sortie est relativement stable dans la gamme de fréquences, et qu'il a une bande passante plus élevée par rapport à l'oscillateur Clapp.

Oscillateur Seiler

L'oscillateur Seiler est une amélioration de l'oscillateur Colpitts, mais plus difficile à réaliser. Cette amélioration apporte une meilleure stabilité. L'oscillateur Seiler est préférable à l'oscillateur Clapp lors de l'utilisation de varactors comme éléments de contrôle, car la bobine est reliée à la masse.

Oscillateur Clapp

L'oscillateur Clapp est similaire à l'oscillateur Seiler, étant une modification de l'oscillateur Colpitts où un condensateur est placé en série avec la bobine du circuit de résonance.

Oscillateurs à Quartz (détail)

Un oscillateur à quartz est un oscillateur qui inclut un résonateur à cristal piézoélectrique dans sa boucle de rétroaction. Il se caractérise par sa stabilité de fréquence et la pureté de phase offertes par le résonateur. Ces oscillateurs permettent un petit ajustement de la fréquence, avec un condensateur en série avec le résonateur.

Oscillateur Pierce

L'oscillateur Pierce est un oscillateur dans lequel le circuit résonant LC est remplacé par un cristal de quartz. Ses principaux avantages résident dans sa capacité à fonctionner à des fréquences élevées et à maintenir une fréquence stable.

Analyse et Évaluation des Oscillateurs

Multivibrateur Astable : Exercice d'Auto-évaluation

Un multivibrateur astable est un circuit qui n'a pas d'état stable, ce qui signifie qu'il possède deux états « quasi-stables » entre lesquels il alterne, en restant dans chacun d'eux un certain temps. La fréquence de commutation dépend, en général, de la charge et de la décharge des condensateurs.

Parmi ses nombreuses applications, on trouve la génération de signaux périodiques (générateur d'horloge) et de trains d'impulsions.

En appliquant la tension d'alimentation (Vcc), les deux transistors tendent à conduire, car leurs bases sont à un potentiel positif à travers les résistances R2 et R3. Cependant, comme les transistors ne sont jamais exactement identiques (en raison du processus de fabrication et du degré de contamination du matériau semi-conducteur), l'un conduira plus vite que l'autre.

Supposons que TR1 commence à conduire en premier. Dans ces conditions, la tension à son collecteur sera proche de 0 volt, de sorte que le condensateur C1 commence à se charger à travers la résistance R2. Lorsque la tension sur C1 atteint 0,6 V, TR2 commencera à conduire, faisant passer le niveau de sortie à un état bas (tension proche de 0V). C2, qui avait été chargé par R4 et la jonction base-émetteur de TR1, va se décharger, provoquant le blocage de TR1.

C2 commence alors à se charger à travers R3, et lorsque sa tension atteint 0,6 V, cela provoque à nouveau la conduction de TR1, la décharge de C1, le blocage de TR2 et le passage de la sortie Y à un état haut (tension proche de Vcc (+)).

À partir de là, la séquence se répète indéfiniment, selon les temps de conduction et de blocage de chaque transistor et les relations R3/C2 et R2/C1. Ces temps ne sont pas nécessairement les mêmes, ce qui permet d'obtenir des cycles de travail différents en agissant sur les valeurs de ces composants.

Point 20 : La Modulation de Signal

La Modulation : Adapter un Signal au Transport

La modulation est l'ensemble des techniques utilisées pour transmettre de l'information sur un support, généralement une onde sinusoïdale. Ces techniques permettent une meilleure utilisation du canal de communication, ce qui permet de transmettre davantage de données simultanément, tout en les protégeant des interférences et des parasites.

Fondamentalement, la modulation consiste à faire varier un paramètre de l'onde porteuse en fonction des variations du signal de modulation, qui est l'information que nous souhaitons transmettre.

Dans un émetteur radio, un signal de fréquence radio est généré, puis émis par l'antenne et capté par un récepteur. Cependant, ce signal seul ne serait que du bruit inutile. Pour diffuser l'information par radio, le message (par exemple, un signal audio, la voix ou la musique) doit être « mélangé » avec le signal radio (désormais appelé « porteuse » car il transporte l'information vers un récepteur). C'est-à-dire que le signal est modulé par l'émetteur.

Il existe plusieurs schémas de modulation, qui peuvent être divisés en deux groupes : les systèmes de transmission audio (voix) comme l'AM, la FM et la SSB, et les systèmes « sans voix » comme le CW (Morse) et le RTTY (Radiotélétype), utilisés pour la transmission de texte, d'images, etc.

Types de Modulation Radio : AM et FM

Modulation d'Amplitude (AM)

La modulation d'amplitude (AM) est une modulation non linéaire qui consiste à faire varier l'amplitude de l'onde porteuse de telle sorte qu'elle change en fonction des variations du niveau du signal de modulation, qui est l'information à transmettre.

Avec ce système, il est possible de transmettre la voix, la musique et bien plus encore.

Dans un système de transmission radiofréquence, l'oscillateur RF est responsable de la génération du signal porteur à haute fréquence. Le signal audio que nous voulons transmettre est mélangé avec la porteuse au niveau du circuit modulateur d'amplitude. Ce circuit fait en sorte que l'amplitude du signal porteur soit régulée par le signal audio à transmettre, ce qui génère un nouveau signal radiofréquence modulé. Ce signal est ensuite appliqué à l'amplificateur de puissance de l'antenne, qui élève le niveau du signal et fournit suffisamment de puissance à l'antenne pour diffuser le signal à la distance souhaitée.

L'effet de la modulation sur le signal porteur produit de nouvelles fréquences appelées bandes latérales.

Les récepteurs radio ont beaucoup évolué. Pour éviter les interférences radio, les récepteurs superhétérodynes sont parfois utilisés, fonctionnant avec une fréquence unique pour le circuit accordé.

Modulation de Fréquence (FM)

La modulation de fréquence (FM) est une modulation de la transmission d'informations angulaires via une onde porteuse en faisant varier sa fréquence (par contraste avec la modulation d'amplitude (AM), où l'amplitude de l'onde fluctue, mais sa fréquence reste constante).

La modulation d'une porteuse sur la bande FM, même si elle peut se faire de plusieurs manières, est un problème délicat, car elle doit concilier deux caractéristiques contradictoires : la stabilité de la fréquence et la variation de la fréquence par le signal modulant.

Pour la réception des émissions FM et pour éviter le brouillage, le récepteur superhétérodyne est utilisé avec une fréquence intermédiaire (FI) beaucoup plus élevée que celle utilisée en AM.

Autres Types de Modulation

PM (Modulation de Phase) :

Type de modulation caractérisé par la variation directe de la phase de l'onde porteuse en fonction du signal modulant, résultant en un signal de modulation de phase.

DSB (Double Bande Latérale) :

Une modulation linéaire qui consiste à changer l'amplitude du signal porteur en fonction des changements dans l'information ou le signal de modulation. La modulation à double bande latérale est équivalente à une modulation AM, mais sans la réinsertion de la porteuse.

SSB (Bande Latérale Unique) :

C'est une évolution de l'AM. La bande latérale unique est très importante pour l'industrie électronique car elle permet de transmettre des signaux radiofréquence que d'autres modulations ne peuvent pas transmettre.

Explication Détaillée : AM ou FM

Expliqué ci-dessus.

Point 21 : Exercice d'Auto-évaluation