Oscillateur Colpitts, type d'oscillateur ?

[liok]

Bonjour,

Je suis en pleines recherches sur le fonctionnement des oscillateurs et je fais face à un petit problème de compréhension.

L'oscillateur Colpitts utilise-t-il un filtre passe bande ou passe bas ?

Je m'explique :

Sur ce document (et d'autres qu'on retrouve en français), on a un filtre passe bande et un AOP monté en non inverseur (je crois ?)

http://serge.dusausay.free.fr/ss/COLPITTS/colpitts.pdf (page 2)

Screenshot_2019-07-07 Simulations Pspice d'un oscillateur Colpitts - colpitts pdf.png

Jusque là tout va bien, le filtre passe bande sélectionne une fréquence qui est amplifiée façon "Larsen" par l'AOP.


Mais du côté des documents qu'on trouve sure google en anglais en premier on tombe là dessus :

https://www.electronics-tutorials.ws.../colpitts.html

oscillator-osc43.gif

Le montage s'appelle aussi oscillateur de Colpitts mais je crois voir un filtre passe bas et un AOP monté en inverseur.


Est-ce que ce sont deux version différentes portant le même nom ?

En fait pour la version anglophone j'ai plus l'impression de voir un oscillateur à déphasage comme celui là : https://fr.wikipedia.org/wiki/Oscill...d%C3%A9phasage où on a remplacé le réseau RC par une sorte de passe bas en pi (qui lui aussi produit l'inversion de phase nécessaire pour respecter le critère de Barkhausen)

Si jusque là mon raisonnement est juste, pourriez vous m'expliquer brièvement comment un passe bas peut produire un oscillateur sinusoïdal vu qu'il ne filtre que les hautes fréquences ?

Merci beaucoup pour toute aide proposée.
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[gwgidaz]

Bonjour,

Dans un oscillateur, on réinjecte le signal amplifié vers l'entrée de l'amplificateur. Mais on injecte sur l'entrée de l'amplificateur une tension plus faible que celle disponible en sortie. Il faut donc un transformateur abaisseur de tension.
Dans l'oscillateur Hartley, ceci est fait par une prise sur l'inductance ( auto-transformateur) alors que dans l'oscillateurs Colpits, l'abaissement de la tension est fait par un "pont capacitif".

Dans tous les cas, il ne faut pas se demander si on a un filtre passe bas ou passe haut, il faut simplement considérer qu'on a un circuit LC accordé qui fait transformateur.

Pour votre dernière question, le circuit LC peut être passe bas ou passe haut , mais la fréquence de l'oscillation n'est pas une fréquence qui tombe dans la bande atténuée, c'est la fréquence à laquelle la relation de phase fait qu'il y a oscillation.

[liok]

Merci pour votre réponse gwgidaz.

Il semblerait que je doive apprendre plus de choses que prévu. J'avais compris qu'on utilisait principalement des filtres de tension pour les oscillateurs, (comme avec Wien, un passe bande avec un gain de 1/3 et un circuit d'amplification de 3)...

[liok]

Est-il possible de dire :

- certaines boucles de rétroactions agissent comme un filtre passe bande lorsque aucun déphasage n'est nécessaire (comme Wien) et c'est une filtration de fréquence
- d'autres ne fournissent un déphasage adéquat (180° pour Colpitts) que pour une certaine fréquence et "filtrent" en fonction de la phase ?

Du coup il y a quand même bien deux versions différentes (celles de mon message originel) d'un oscillateur Colpitts ?

[A voir en vidéo sur Futura]

[f6bes]

- d'autres ne fournissent un déphasage adéquat (180° pour Colpitts) que pour une certaine fréquence et "filtrent" en fonction de la phase ?

Bjr à toi,
Comme tu es toujours sur la fréquence d'oscillation, on ne peut pas parler de filtre.
Si tu fais varier L ou C tu fais varier LA fréquence voulue....et QU'UNE seule fréquence...c'est donc
pas un filtre.
Si tu es hors des spécifications L ou C...ça veut plus osciller.
Bonne journée

[liok]

Bonjour f6bes,

Merci pour ta réponse.

J'avoue être finalement perdu. Certains auteurs parlent bien de filtres (dans mon livre : "oscillateur à filtre LC").

Ici : http://danyamer.magix.net/public/Osc...s.htm#colpitts
"Cet oscillateur utilise un circuit LC dans la boucle de rétroaction pour fournir le déphasage nécessaire et agir comme un filtre pour ne laisser passer que la fréquence spécifiée d’oscillation."

Peut-être est-ce une question de point de vue ?

[Gwinver]

Bonjour.

Tout est une question de topologie du schéma.
Les deux schémas sont équivalents si on remarque que dans le second l'entrée + de l'AOP est à la masse, qui est précisément le point commun des deux condensateurs du schéma n°1.

Sinon, un circuit résonnant peut toujours être considéré comme un filtre. Le schéma général d'un oscillateur est un amplificateur avec un feedback via un circuit résonnant, donc un filtre (très étroit).
On pourrait envisager un filtre "large bande" passe bas ou passe haut, voire pas de filtre du tout (comme dans le cas du Larsen, mais, il y a quand même une caractéristique entrée/sortie qui n'est pas plate en fréquence), il arriverait forcément une fréquence où la condition de phase soit satisfaite, mais, ce serait un système instable car il y aurait plusieurs fréquences présentant la condition en question.

[liok]

Bonjour Gwinver,

Merci beaucoup pour ta réponse qui m'aide vraiment à y voir plus clair.

Je crois comprndre ce que tu dis au sujet de la topologie du circuit.

En fait si on place la masse du circuit n°1 entre C1 et C2 (et donc sur l'entrée + de l'AOP) effectivement les deux montages sont équivalents.

Par contre, si on place la masse en dessous de C2 ? Là on se retrouve avec un aop non inverseur et un passe bande non ?

Finalement, où placer la masse sur le circuit 1 et pourquoi ?

Merci encore, je tente en parallèle de me documenter et de lire mon livre mais ce n'est malgré tout pas facile de comprendre ces situations particulières (je souhaite comprendre vraiment ce qui se passe au delà de suivre le schéma donné).

[penthode]

le circuit oscillant n'est pas référencé à la masse sur le schéma 1

ça n'est pas une obligation

[liok]

Du coup, à priori, sans masse indiquée, on a bien deux montages différents (ceux de mon message #1) ?

[penthode]

les deux montages relèvent du même esprit :

un ampli et un circuit de réinjections accordé

il existe pléthore de tutos sur le sujet.

pour les débutants je conseille régulièrement :

chapitre oscillateurs (mais le reste est utile )

[liok]

Merci pour le lien.

Je suis d'accord sur le fait que les deux montages sont du même esprit.

Mon interrogation réside dans le

circuit de réinjections accordé

qui semblent être différents.

Mais je vais faire les études mathématiques des deux filtres (avec masse entre C1 et C2 ou masse en bas de C2) et tenter de répondre tout seul à ma question sur leur nature.

Cependant ça ne permet pas de savoir lequel il vaut mieux utiliser.

[penthode]

une étude mathématique me semble osée !

car sans connaitre le facteur Q de la bobine et des condensateurs associés , tu ne pourra pas déterminer les conditions de Barkhausen

bref , tout ça n'est pas trivial !

quand à savoir quel est le meilleur ça dépend de l'usage qu'on en fait et quel critère est important pour un usage donné.

[liok]

Pourquoi ne serait-t-il pas possible d'effectuer une étude de filtre standard ? A priori c'est du troisième ordre mais bon, c'est juste plus long non ?

Je vais essayer de déterminer la fonction de transfert (complexe) de chacun d'eux et tracer les diagrammes de Bode associés

Je connais la valeur de mes composants (capacités, inductances...), je ne comprends pas à quoi correspond le "Q" dont vous parlez

[penthode]

le facteur de qualité de ton circuit oscillant,

lequel détermine le gain de l'ampli

[liok]

D'accord. Je pense que je devrais pouvoir déterminer le facteur de qualité avec la méthode habituelle que j'ai appris en cours (mise sous forme canonique etc...)

Je renverrai un message une fois ceci essayé, merci !

[liok]

J'ai donc essayé de tracer les diagrammes de Bode des filtres.

J'ai pour l'instant fait le passe bas (montage 2). Malheureusement, ne connaissant pas de forme canonique pour le troisième ordre je n'ai pas le facteur de qualité. Mais j'ai la fonction de transfert complexe et donc le gain et la phase tracés avec Python :

Figure_1.jpg
Figure_2.jpg

Le filtre est bien un passe bas qui produit un déphasage de -180° pour une certaine fréquence f0 (point rouge sur les diagrammes) :



Avec Ceq l'association en série de C1 et C2

Le gain ( |H(f0)| ) (d'après la courbe) pour f0 vaut 1. Avec C1=C2=470pF, L=100µH et R=220Ohms

Théoriquement il faudrait, pour atteindre le critère de Barkhausen, un déphasage par l'AOP de 180° et un gain de 1 ? Pourquoi il y a-t-il un rapport 3 dans le second montage à votre avis ?

Merci pour l'aide

[liok]

Suite : Sachant que pour C1=10*C2, comme pour le montage 2, j'obtiens un gain théorique pour le filtre de 20 (?)

Avec C1=4700pF et C2=470pF:

[liok]

Dans le cas où ça puisse servir à quelqu'un : https://electronics.stackexchange.co...criterion-is-t

Comme la réponse de TimWescott l'indique, je n'avais pas pris en compte R1 dans l'étude du filtre.

J'obtiens maintenant des résultats cohérents, bien qu'ayant des fonction de transferts horriblement longues (beaucoup plus que celle du post originel - à cause de R1).

[liok]

Dernière petite question meta : à votre avis vaut il mieux pour la phase dans le diagramme de Bode tracer dans l'intervalle [-180°;180°] ou [0°;360°] ?