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Oscillateur Colpitts



  1. #1
    Rodrigue

    Oscillateur Colpitts


    ------

    Bonjour,

    Je souhaiterais réaliser l'étude théorique d'un oscillateur Colpitts. J'ai joint le schéma à ce message. Il existe plusieurs types d'oscillateur Colpitts. Celui-ci est un oscillateur Colpitts en polarisation par base commune.
    Je connais bien l'effet du filtre LC là n'est pas le problème.
    Je souhaiterais savoir comment on calcule un tel circuit en tenant compte du transistor. De plus, les 2 capacités ne sont pas connectées à la masse mais à l'émetteur du transistor!

    J'ai essayé une étude du circuit en DC et en AC sans dire que les capacités deviennent des courts-circuits et les selfs des circuits-ouverts bien sûr sinon il ne resterait plus rien à étudier.
    L'alimentation du circuit devient juste la masse.
    J'ai posté également le circuit. Est-ce que c'est à partir de ce circuit qu'il faut débuter?

    Merci

    -----
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  3. #2
    erff

    Re : Oscillateur Colpitts

    Salut,
    Pour en faire une étude simplifiée, tu peux te placer en schéma petits signaux pour le NPN (linéarisation), faire comme si tu rentrais par la base, ignorer la polarisation (les résistances), et séparer la boucle directe (gain en tension du transistor en émetteur commun) et la contre réaction (L//C1//C2)

    Ensuite, tu calcules le gain en boucle ouverte et tu montres qu'il existe un point de gain >1 et de phase=-180° (n'oublie pas qu'un émetteur commun à un gain <0)...ce qui veut dire que théoriquement ça part à l'infini...Ceci dit, étant données les non linéarités et le butées liées à l'alimentation, on aura des oscillations et non un régime divergent vers l'infini.

    Au final, la seule chose qu'on est capable de dire c'est que les oscillations existeront, mais on ne saura rien dire dessus, si ce n'est la fréquence d'oscillation.
    Si tu veux étudier quantitativement les oscillations, il va falloir sortir de l'artillerie lourde (je pense qu'on est un peu à poil mathématiquement parlant dès que ce n'est pas linéaire)...

  4. #3
    Rodrigue

    Re : Oscillateur Colpitts

    Merci pour ta réponse.

    Je ne comprends pas vraiment pourquoi c'est impossible de calculer un tel circuit. Des choses m'échappent.

    Je n'ai pas un amplificateur en émetteur commun dans ce cas ci.

    Il existe une autre type d'oscillateur Colpitts à émetteur commun et sur ce type de schéma, on distingue mieux, le circuit LC en feedback avec l'émetteur commun.

    Ici ce qui me perturbe c'est le condensateur entre l'émetteur et le collecteur du transistor. J'ai déjà vu cela quelques fois dans des transmetteurs FM (des oscillateurs LOL) et je me demande comment on fait pour calculer un tel circuit.

    J'ai trouvé deux documents:
    http://z.oumnad.123.fr/Electronique/LesOscillateurs.pdf

    http://www.scribd.com/doc/9227577/An...tts-Oscillator

    Le premier présente globalement les oscillateurs. Les dernières pages sont assez intéressantes. On y voit le schéma du Colpitts en base commune qui n'est pas le même que le mien (source wikipedia)! Donc je me demande quel type d'oscillateur Colpitts je suis en train d'étudier

    Ce que j'aime avec mon signal c'est qu'il est généré symétriquement par rapport à 0. Les autres oscillateurs ne fonctionnent pas comme ça.

  5. #4
    louloute/Qc

    Re : Oscillateur Colpitts

    Merci Rodrigue pour les documents de ton post#3, passionnante mais assez théoriques.

    Depuis la nuit des temps, et sans doute aussi un peu avant, le Colpitts utilisé en radio est celui-ci (voir P.J.). Bien souvent le L-C est un quartz; si on conserve le L-C, c’est pour remplacer C par une ou deux varicaps et en faire un V.C.O.

    Ce Colpitts est très large bande, Je veux dire par là que Fo est simplement déterminé par ½ pi √ LC. Beaucoup de la stabilité dépend de la capacité entre le quartz et la base du transistor non représentée sur le schéma: plus elle est basse, plus la fréquence est précise mais moins l’oscillateur est stable et inversement. Pour raffiner l’oscillateur on inclue des capas dépendantes de la température afin que l’oscillateur soit centré à 25˚C.

    Ceci dit, le calcul de l’oscillateur en lui-même me semble un peu difficile. Souvent on exploite les résultats d’une vieille expérience de nos pairs pour voir que finalement, ça marche pas mal.
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  6. A voir en vidéo sur Futura
  7. #5
    Tropique

    Re : Oscillateur Colpitts

    L'étude de ces oscillateurs n'a rien d'impossible, ni même de terriblement difficile une fois qu'on a compris certains principes de base:
    Il faut que l'étage puisse fonctionner en amplificateur, ce qui implique de définir ses polarisations et son gain.
    Tous les composants "auxiliaires" peuvent être simplifiés pour l'étude, ex. condos de couplage= court-circuits, mais les composants "nobles" du réseau définissant la fréquence d'oscillation doivent être conservés.
    Les trois circuits fondamentaux sont identiques, il suffit de réarranger l'ordre des composants pour s'en convaincre.
    Sur la première image, on part d'un étage EC classique avec ses polarisations; on vient mettre le réseau d'oscillation, et ensuite, on réarrange les éléments pour créer des configs CC et BC.
    Il y a quelques petits accrocs dans le principe, parce que la source de 12V garde son - relié à la masse, ce qui oblige à rectifier Rp4 et Rp5 p.ex.

    Si la source était flottante, et qu'on se contente de déplacer la masse sur le collecteur et la base, ces "arrangements" ne seraient pas nécéssaires.

    Les aspects topologie, polarisation, etc étant réglés, on peut commencer à s'intérésser à la condition d'oscillation.
    Avec les valeurs telles qu'elles sont, on suppose que Zin=Zout, et que le gain est très proche de l'unité.
    Ce n'est pas le cas évidemment, et le réseau doit faire une adaptation d'impédance et une transformation de tension.
    Pour cela, on peut rendre les Ct fortement asymétriques: le 2 montre le comportement beaucoup plus civilisé dans ce cas.

    Pour faire le calcul, il suffirait de se baser sur le schéma équivalent, en incorporant les composants de polarisation, pour arriver à des impédances à peu près adaptées, et un gain proche de 1 (légèrement supérieur).

    Cela permettra de garantir l'oscillation, mais pas de prévoir exactement l'amplitude, qui sera limitée par des phénomènes non-linéaires.
    Si on veut fixer l'amplitude, il faut mettre un mécanisme non-linéaire explicite et prévisible qui va limiter l'amplitude: diodes d'écrêtage ou AGC p.ex.
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    Pas de complexes: je suis comme toi. Juste mieux.

  8. #6
    Rodrigue

    Re : Oscillateur Colpitts

    Merci pour vos réponses très intéressantes. Je vois qu'il y en a qui maîtrise le sujet !

    Je suis surtout intéressé par les oscillateurs dont le signal de sortie est centré sur 0. C'est pour ça que je me suis focalisé sur l'oscillateur Colpitts à collecteur commun du post précédent.
    Je l'ai redessiné et simulé (cf pièce jointe). Par rapport à mon ancien schéma, on voit bien l'amplificateur et le filtre LC.

    Une remarque tout d'abord. Je n'avais jamais vu ce type de branchement pour l'amplificateur (je ne suis pas un expert - je connais les schémas de base): RP3 n'est pas connectée à la masse mais revient sur la branche de l'émetteur. Qu'est-ce que cela apporte en fait? (juste pour ma culture générale).

    Etudier le schéma de l'amplificateur ne doit pas poser trop problème. J'arriverais à en sortir le Gain de l'amplificateur en plus, de son point de polarisation.

    Ensuite, il faut étudier le filtre LC: on voit très bien son entrée et sa sortie . On peut calculer sa fonction de transfert .

    La sortie du système se trouve après ce filtre, on a donc:

    Est-ce que je me trompe?

    De là, on sait tout prévoir non? Fréquence d'oscillation du système, temps de montée et même l'amplitude. J'avoue que ça m'échappe ces phénomènes de non-linéarité.

    Suppression du fichier PDF remplacé par copoe d'écran.
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    Dernière modification par Cram 64 ; 27/02/2010 à 14h29.

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  10. #7
    Tropique

    Re : Oscillateur Colpitts

    En fait, le schéma a l'air curieux parce que c'est la transposition directe de la version en EC pour le CC.
    Cela marche, bien sur, mais ce n'est pas nécéssairement obligatoire puisque dans cette configuration, Rp3 pourrait être ramenée à la masse, et Re1 supprimée.
    (la manière dont la source 12V est insérée pour ce cas permet une stabilisation DC correcte sans ce composant).
    C'est donc plus une illustration de l'équivalence qu'une obligation de réalisation.

    Dans le cas d'un oscillateur, il n'est pas nécéssaire d'être très général et de se taper la FT complète dans chaque expression: on sait à quelle fréquence il va osciller (la résonance), et on peut faire un calcul simplifié à cette fréquence: en gros le réseau va fonctionner en transformateur d'impédance et de tension dont le rapport est défini par celui des condensateurs.

    Les problèmes de non-linéarité vont faire que pour un certain niveau, le gain passera sous l'unité (début de saturation), et limitera les oscillations à ce niveau.
    Mais dans un bon oscillateur, le gain initial sera peut-être de 1.01, et prévoir quand la courbure de caractéristique fera diminuer ce gain de 0.01 n'est pas facile, raison pour laquelle ces aspects sont difficiles à prévoir et à calculer.
    Pas de complexes: je suis comme toi. Juste mieux.

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