Générateur triangulaire et rapport cyclique

[black templar]

Bonjour à tous.

Je souhaite réaliser un générateur de signaux pour équiper mon petit labo
J'aimerai pouvoir avoir un signal triangulaire dont le rapport cyclique peut varier.

Je suis parti vers une méthode de charge et de décharge d'une capa par courant constant.
J'ai donc fabriqué une double source de courant. La première rempli la capa et la seconde la vide.
Ces sources de courant sont contrôlé par une tension de commande comprise entre 0 et 1V.

Ce que j'aimerais faire, c'est améliorer le montage pour choisir un rapport cyclique qui ferait varier la pente du signal triangulaire.
Seulement, je viens de me rendre compte que la pente n'est pas proportionnelle au courant, mais inversement proportionnelle à celui-ci !

Le but étant bien entendu que la fréquence du signal ne change pas si l'on fait varier le rapport cyclique.
Voila un petit schéma qui illustre mon problème.
rapport_cyclique_triangle.png

J'ai joint aussi le début du montage. Celui qui me permet d'avoir une source et une pompe de courant constant.
l'aop U1 me permet de générer la commande complémentaire par rapport à Vcc.
Les aop U2 et U3 asservissent le courant traversant chacun des transistors. Ce courant vaut Vcommande/100.
source_pompe_courant.png


Avez-vous des idées de la manière dont je dois m'y prendre pour pourvoir faire varier le rapport cyclique ?
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[denis05c]

Bonjour,
pour réaliser un générateur de fonctions,on utilise un XR 2206

Si tu fais varier la pente d'un signal triangulaire,ça va modifier sa fréquence...
Ci joint un schema simple pour réaliser un signal à rapport cyclique variable.

[black templar]

Tout de suite, c'est moins marrant avec un XR2206. Et puis, le composant n'est pas distribué par Farnell ou Radiospare.

Je sais que si je change la pente d'un signal triangulaire je change sa fréquence. C'est d'ailleurs le principe de mon générateur : je change la fréquence en changeant l'intensité de mes sources.
Mais ce que j'aimerai faire, c'est rajouter une partie du montage qui me permettrait de changer la symétrie de mes sources de sorte que la somme de l'inverse des pentes soit constant.


Par défaut, mon rapport cyclique est de 0.5
Supposons que la source et ma pompe soient fixées à 2mA. (1/2 + 1/2 = 1)

Si je veux un rapport cyclique de 0.66, la source devra fournir 1.5mA alors que la pompe devra pomper 3mA (1/1.5 + 1/3= 1)
Si je veux un rapport cyclique de 0.8, la source devra fournir 1.25mA alors que la pompe devra pomper 5mA (1/1.25 + 1/5= 1)
Si je veux un rapport cyclique de 0.9, la source devra fournir 1.11mA alors que la pompe devra pomper 10mA (1/1.11 + 1/10= 1)

Dans ces exemples là, les pentes du signal changent, mais pas la fréquence de la période
Ce que je souhaite donc faire, c'est un système électronique qui ajuste mes commandes en fonction du rapport cyclique.

[indri]

J'ai en tête un truk simple:
signal carré sur un montage intégrateur à AOP mais plutot que d'avoir la masse sur l'entrée non-inverseuse tu mets une tension variable (dite Vcom)
Niveau haut du carré: I= (Vmax - Vcom)/R
Niveau bas: I= (Vmin-Vcom)/R

En variant Vcom tu varie I et donc la pente..
Mais pas envie de vérifier si ca conserve la fréquence...(et une amplitude p-p constante d'ailleurs)

C'est juste une piste!

[A voir en vidéo sur Futura]

[PIXEL]

quel est l’intérêt de la manip ?

inventer la roue carrée est une perte de temps.

du XR ou du MAX038 on en trouve , je t'en envoie un si tu veux....

[black templar]

J'ai en tête un truk simple:
signal carré sur un montage intégrateur à AOP mais plutot que d'avoir la masse sur l'entrée non-inverseuse tu mets une tension variable (dite Vcom)
Niveau haut du carré: I= (Vmax - Vcom)/R
Niveau bas: I= (Vmin-Vcom)/R

En variant Vcom tu varie I et donc la pente..
Mais pas envie de vérifier si ca conserve la fréquence...(et une amplitude p-p constante d'ailleurs)

C'est juste une piste!

Oui, j'ai déjà testé. C'est là que je me suis rendu compte que la pente étaient inversement proportionnel au rapport cyclique.
Avec ce montage, plus la tension en V+ de l'intégrateur est élevé, et plus la fréquence diminue

Et puis, pourquoi je passe aux transistors, c'est qu'avec ce montage à AOP, à 200kHz, j'ai des signaux dégeux.
Et en remplaçant l'aop du trigger de Schmitt par un vrai comparateur, ça n'améliore pas les chose... au contraire !
(Cf photos : après, c'est peut-être le problème de mon alim qui n'est pas symétrique... Il faut que j'aille acheter de l'étain pour finir l'alim symétrique que je me suis conçu. Je referai des tests avec)

quel est l’intérêt de la manip ?

inventer la roue carrée est une perte de temps.

du XR ou du MAX038 on en trouve , je t'en envoie un si tu veux....

ça dépend ce qu'on appelle une perte de temps.
Pour moi, utiliser un MAX ou XR, c'est ça la perte de temps car je vais réaliser le montage avec, ok, ça sera fonctionnel, mais au final, je n'aurais rien appris de nouveau.

On s'étonne que plus personne ne sait utiliser un transistor correctement, mais si tout le monde dit qu'il faut utiliser un CI tout fait et ne surtout pas toucher aux transistors, alors forcement...

Après, si je m'y prend mal, c'est autre chose. Il y a peut-être d'autre méthodes pour générer un triangle avec rapport cyclique variable ?

[PIXEL]

on a fait des génés de fonction à AOP , et même à transistors , et à TUBES .

mais ce sont des usines à gaz.....

regarde les premier numéros d'ELEKTOR

d'un autre coté , si je pige l’intérêt d'un géné de signal carré à rapport cyclique variable , je ne pige pas celui
du générateur de rampe , puisque , mathématiquement , rampe montante et rampe descendante sont équivalentes
au signe prés (série de Fourrier)

[black templar]

d'un autre coté , si je pige l’intérêt d'un géné de signal carré à rapport cyclique variable , je ne pige pas celui
du générateur de rampe , puisque , mathématiquement , rampe montante et rampe descendante sont équivalentes
au signe prés (série de Fourrier)

Un signal triangulaire ne possède que des harmoniques impaires alors qu'un signal en dents de scie possède des harmoniques paires et impaires.

Sinon, autre petite question : je peux espérer monter à combien de kHz (à la louche ?) avec un NE555 ?

[DAUDET78]

je peux espérer monter à combien de kHz (à la louche ?) avec un NE555 ?

Moins de 100Khz . Un peu plus avec un TLC555

[PIXEL]

Un signal triangulaire ne possède que des harmoniques impaires alors qu'un signal en dents de scie possède des harmoniques paires et impaires

tu devrais ajouter , signal triangulaire SYMETRIQUE !

si tu modifies le rapport cyclique , ta belle théorie tombe à l'eau....

un signal en dent de scie n'étant qu'un triangulaire de rapport cyclique tendant vers zéro

je t'attends pour une confrontation mathématique quand tu veux , choisis tes témoins

[invite03481543]

Le XR2206 ou encore le MAX038 sont obsoletes, on ne peut plus partir sur ce genre de circuits pour faire un generateur de fonctions digne de ce nom aujourd'hui, mais on en trouve encore.
Une bonne piste est de partir avec un AD9833 de chez Analog Devices, bien plus performant.

[PIXEL]

mouaif...

l'AD demande une gestion soft , ce qui complique pas mal le bousin.

alors que les MAX et XR étaient bien agréables pour un bidouilleur qui ne cherche pas à
fabriquer un instrument norme "broadcast" .

[black templar]

tu devrais ajouter , signal triangulaire SYMETRIQUE !

si tu modifies le rapport cyclique , ta belle théorie tombe à l'eau....

un signal en dent de scie n'étant qu'un triangulaire de rapport cyclique tendant vers zéro

On est bien d'accord

je t'attends pour une confrontation mathématique quand tu veux , choisis tes témoins

Ahhh ! Une bonne vieille intégrale !
Je referai une décomposition en série de Fourier quand j'aurai un peu de temps ! ça me permettra de faire une petite piqure de rappelle mathématique !

Le XR2206 ou encore le MAX038 sont obsoletes, on ne peut plus partir sur ce genre de circuits pour faire un generateur de fonctions digne de ce nom aujourd'hui, mais on en trouve encore.
Une bonne piste est de partir avec un AD9833 de chez Analog Devices, bien plus performant.

Merci pour l'info. Je vais regarder ce composant.
Sinon, je suis parti sur une solution plus simple ! Un bon vieux asservissement intégrateur/Schmitt à base d'AOP, légèrement modifié par mes soins.
L'amplitude des signaux est constant quelque soit la fréquence.
sch.png

Le montage marche en simu jusque 100kHz facilement.
Je peux monter jusque 400kHz, mais avec une dégradation des signaux.
waves_1khz.pngwaves_100khz.pngwaves_420khz.png

Il ne reste plus qu'à choisir une AOP plus rapide pour augmenter la fréquence max et rail-to-rail histoire de minimiser les tensions d'alim.
Aussi, vous connaissez des comparateurs plus performant que le LM311 ? Car à 400kHz, on commence à voir les temps de monté/descente.


Prochaine étape : voir si ça marche aussi bien en réalité

[black templar]

Je viens de tester le montage sur platine.
Les résultats sont proches de la simulation à 100kHz.
La principale différence, c'est que le comparateur commence à peiner en vrai, alors que sur la simu, tout semble aller.

Voilà le schéma du montage réalisé :
montage_simu_expe.png
Et la simulation :
simu_100khz.jpg

Là, le montage en vrai :
montage.jpg
Et un screen de l'oscillo :
exp_100khz.png


Il n'y a plus qu'à me procurer des condensateurs plus petits (47 ou 100pF) pour monter en fréquence et voir ce que ça donne, ainsi qu'un AOP et un comparateur plus performant.

A bientôt,
Black Templar

[Antoane]

Bonjour,
juste pour répondre concernant la variation du rapport cyclique @f=cste : il suffit de charger par l'une des section d'un potentiomètre (ic=u/(dc.P)) et décharger par l'autre (id=u/((1-dc).P)), on a bien une fréquence cste (car 1/ic+1/id=cste=P/u).

La principale différence, c'est que le comparateur commence à peiner en vrai, alors que sur la simu, tout semble aller.

Le modèle utilisé par la simulation est trop basique, ça doit être pas loin d'une fonction mathématique :
V+>V- => out = Z
V+<V- => out = 200mV.

[invite03481543]

Un petit lien interessant:

http://tuomasnylund.fi/docs/function-gen/index.html

[black templar]

Bonsoir,

Je reviens vers vous car j'aurais besoin d'un peu d'aide.
J'ai rajouté à mon montage une partie me permettant de commander la fréquence de mon oscillateur grâce à une tension (VCO)

J'ai mis en pj le montage. Il ne faut pas s'occuper de la partie génération du sinus, je ne l'ai pas encore implémenté en vrai.

Lorsque je teste mon montage, j'ai de petits soucis lorsque je monte en fréquence. Autours de 100kHz, les "pics" de mon triangles sont un peu bizarre, alors que le même montage sans VCO donnait des résultats meilleurs.

Le signal avec et sans le VCO
oscillateur_100khz.jpg

J'ai regardé en simulation, et je pense que c'est du aux transistors push-pull. Quand on regarde la tension entre les émetteurs, on voit des parasites aux commutations.
tension_emetteur_push_pull_vco.png

Pareil si on regarde le courant entrant dans chaque émetteurs
courants_emetteurs_push_pull_vco.png

Enfin, voila une comparaison du courant entrant dans R1 et de la tension après l'intégrateur dans le cas sans VCO et avec.
courant_R1.png


Il semble que la déformation vient de ces pics parasites... Sauf que je ne vois pas comment les supprimer... Avez-vous une idée de ce qui ne va pas dans mon montage ?
Est-ce judicieux de virer complétement le VCO et d'utiliser un potentiomètre à la place de R1 ??


Merci pour vos réponses,
Black Templar

[Tropique]

C'est un joli morceau de bravoure (si si, ce n'est pas ironique), mais travailler en tension à partir d'une certaine vitesse devient très difficile.
Avec des composants modernes, on peut se le permettre, mais avec des LM série 3, c'est dur dur.
Il vaut mieux commuter des sources de courants, et ne pas utiliser d'intégrateur si on veut monter.
Il y a des idées en "projets", sur le mini-géné de fonction.

Une possibilité alternative est d'utiliser une porte à diodes pour commuter les sources de courant.

Ton approche est viable à vitesse élevée en employant des ADxyz et des LTzyx, mais avec des circuits plus anciens, ou pour aller vraiment vite, il faut d'autres méthodes.

[black templar]

Salut Tropique, merci pour ta réponse

Il vaut mieux commuter des sources de courants, et ne pas utiliser d'intégrateur si on veut monter.

Oui, c'est ce que j'ai essayé de faire au démarrage : travailler uniquement avec des transistors et commuter des sources de courants pour charger/décharger une capa, mais j'ai abandonné.
J'ai lu le topic sur ton générateur de fonction et j'ai appris plein de choses ! Mais je n'aime pas trop la manière dont tu commutes tes sources de tensions (directement sur l'émetteur), donc j'ai cherché une solution alternative, mais en vain.
Et second problème que j'ai eu : je n'arrive pas à prélever la tension aux bornes de ma capa ! Et je n'ai pas envie d'utiliser ta solution car je ne comprend pas à fond ton montage.
EDIT : je viens de regarder ton montage à nouveau et je viens de me rendre compte qu'en c'est un simple suiveur avec un transistor darlington NPN/PNP... :/ Je n'avais pas reconnu la configuration !

Je me suis donc rabattu sur une solution à base d'AOP. De toute manière, mon GBF servira principalement à des applications audio, donc à le limite, je peux me contenter de 50Khz, mais néanmoins, je voudrais monter le plus possible en fréquence (entre 100 et 3-400kHz si possible), ça me permettrait de concevoir des ampli de classes D.

Il y a des idées en "projets", sur le mini-géné de fonction.

Oui oui, j'ai déjà lu le topic trois ou quatre fois en entier ^^

Une possibilité alternative est d'utiliser une porte à diodes pour commuter les sources de courant.

Une porte à diode ? C'est à dire, je ne vois pas trop où tu veux en venir ...

mais travailler en tension à partir d'une certaine vitesse devient très difficile.
Avec des composants modernes, on peut se le permettre, mais avec des LM série 3, c'est dur dur.
[...]
Ton approche est viable à vitesse élevée en employant des ADxyz et des LTzyx, mais avec des circuits plus anciens, ou pour aller vraiment vite, il faut d'autres méthodes.

Hum... J'ai fais les simu avec un LM318 (slew rate de 50V/µs !!) mais en pratique, je n'ai que des TL072 à disposition pour le moment. Avec les TL, j'arrive à avoir un signal propre jusque 60-70kHz et à monter jusque 150kHz voir 200kHz sans trop tout déformer (c'est juste que l'amplitude du triangle augmente avec la fréquence à partir de 75Hz car l'AOP peine à répondre je crois). Donc avec un LM318, ça doit pouvoir monter bien plus haut Je testerai dès que j'en aurais acheté.

Sinon, je vais regarder du côté des AD et LT. Bien que j'aurais voulu faire le montage avec des composants classiques.



Au final, pour simplifier le montage, je pense que je vais supprimer l'étage VCO... ça résoudra mon problème...
Mais si vous avez une idée, je suis tout de même preneur

[Tropique]

Une porte à diode ? C'est à dire, je ne vois pas trop où tu veux en venir ...

Voir le petit croquis:


Les deux sources de courant sont identiques et commandées en valeur de manière synchrone (pour un triangle symétrique)

Hum... J'ai fais les simu avec un LM318 (slew rate de 50V/µs !!) mais en pratique, je n'ai que des TL072 à disposition pour le moment. Avec les TL, j'arrive à avoir un signal propre jusque 60-70kHz et à monter jusque 150kHz voir 200kHz sans trop tout déformer (c'est juste que l'amplitude du triangle augmente avec la fréquence à partir de 75Hz car l'AOP peine à répondre je crois). Donc avec un LM318, ça doit pouvoir monter bien plus haut Je testerai dès que j'en aurais acheté.

Pour combattre l'augmentation d'amplitude (due aux délais de propagation), voir également le croquis pour un "truc" apparemment inédit (il y en d'autres plus classiques):
Le condensateur d'intégration est mis en série avec une résistance idoine, R1, calculée pour décaler "de ce qu'il faut" les seuils du trigger en fonction du courant et donc de la fréquence.
Le triangle reste prélevé sur le condo.

[black templar]

Merci Tropique, je comprend mieux ce que tu voulais dire par "pont de diode" ^^ C'est une bonne base pour commencer (même si en simu, à 1MHz, il y a comme un petit soucis, mais ça doit pouvoir ce régler )
1mhz.png


Sinon, je viens de finir de tester en vrai mon générateur de signaux !!
J'y ai rajouté un petit ampli (version tropicalisé !! ) pour commander un HP.
ampli_v1.png

Avec ça, j'arrive à générer des signaux de 1Hz à 100kHz sans soucis. Après, le sinus se déforme. Le triangle quand à lui reste bien juste 200kHz, bien que son amplitude augmente.
Et le tout en utilisant des TL072 ! Avec mes LM318 que j'ai commandés, je vais surement pouvoir gagner quelques dizaines de Hz

sinus_sym.jpg
synus_non_sym.jpg

[Tropique]

Merci Tropique, je comprend mieux ce que tu voulais dire par "pont de diode" ^^ C'est une bonne base pour commencer (même si en simu, à 1MHz, il y a comme un petit soucis, mais ça doit pouvoir ce régler )
Pièce jointe 202509

Poste ton fichier asc (avec un .txt ajouté pour passer sur le forum), pour voir où et dans quelles conditions c'est relevé

Sinon, je viens de finir de tester en vrai mon générateur de signaux !!
J'y ai rajouté un petit ampli (version tropicalisé !! ) pour commander un HP.
Pièce jointe 202512

Avec ça, j'arrive à générer des signaux de 1Hz à 100kHz sans soucis. Après, le sinus se déforme. Le triangle quand à lui reste bien juste 200kHz, bien que son amplitude augmente.
Et le tout en utilisant des TL072 ! Avec mes LM318 que j'ai commandés, je vais surement pouvoir gagner quelques dizaines de Hz

Pièce jointe 202510
Pièce jointe 202511

Tout cela a l'air très sympa. En tous cas, pour générer des signaux audio, c'est amplement suffisant

[black templar]

Poste ton fichier asc (avec un .txt ajouté pour passer sur le forum), pour voir où et dans quelles conditions c'est relevé

J'ai pas été cherché loin. J'ai repris ton schéma, sans modifications.

Tout cela a l'air très sympa. En tous cas, pour générer des signaux audio, c'est amplement suffisant

Oui, pour de l'audio, c'est suffisant.
Par contre, j'ai un HP 1W 8ohm. Je lui ai envoyé un sinus de 2.8V crête et le push pull à lâché. Pourtant chaque transistor doit faire passer 350mA max... et les 2N2222 et 2N2907 sont sensés pouvoir faire passer plus que ça...
Donc je ne comprend pas trop pourquoi ça à cramé... Peut-être parce qu'il n'y a pas de résistances d'émetteurs sur le pushpull ? Bien que dans mon cas le puissance ne soit pas très élevée...

D'ailleurs, j'ai un doute. Avec un HP 1W 8ohm., c'est bien 1W efficace ? donc 2.8Vrms ?
Le signal de sortie peux monter jusque 4V pic ou bien 4V pic-pic ? :/

[Tropique]

J'ai pas été cherché loin. J'ai repris ton schéma, sans modifications.

Le problème, c'est que les modèles de 1N4148 de la librairie de base de LTspice sont ridiculement lentes.
Si on met des BAW56, théoriquement équivalentes (même un peu plus lentes en principe), tout se normalise:

Oui, pour de l'audio, c'est suffisant.
Par contre, j'ai un HP 1W 8ohm. Je lui ai envoyé un sinus de 2.8V crête et le push pull à lâché. Pourtant chaque transistor doit faire passer 350mA max... et les 2N2222 et 2N2907 sont sensés pouvoir faire passer plus que ça...
Donc je ne comprend pas trop pourquoi ça à cramé... Peut-être parce qu'il n'y a pas de résistances d'émetteurs sur le pushpull ? Bien que dans mon cas le puissance ne soit pas très élevée...

Avec l'alim de 15V, les transistors dissipent beaucoup plus que ce qu'ils ne peuvent

D'ailleurs, j'ai un doute. Avec un HP 1W 8ohm., c'est bien 1W efficace ? donc 2.8Vrms ?
Le signal de sortie peux monter jusque 4V pic ou bien 4V pic-pic ? :/

1W moyen, donc 2.8V rms, 4V peak, 8V p-to-p

[black templar]

Le problème, c'est que les modèles de 1N4148 de la librairie de base de LTspice sont ridiculement lentes.
Si on met des BAW56, théoriquement équivalentes (même un peu plus lentes en principe), tout se normalise

Hum, ok. J'avais pourtant essayé avec une schottky et une autre diode à la place des 4148.
Par contre, où trouves-tu généralement les modèles de tes composants ? Pourrais-tu m'envoyer le BAW56 s'il te plait ?
C'est tout de même bizarre de mal modéliser le modèle de diode le plus courant...

A moins que tu ne réécrive tes modèles toi même ^^ faudrait que j'essaye, mais j'aurais surement trop peur de mal modéliser et de me retrouver avec des simulations fausses ^^

Avec l'alim de 15V, les transistors dissipent beaucoup plus que ce qu'ils ne peuvent

Ah. en effet, je n'ai pas pensé à calculé la dissipation thermique... 5W au lieu de 0.5 ? voilà pourquoi ils n'ont pas appréciés :/