Oscillateur sinus à ampli op sans pont de Wien

Un signal presque sinusoïdal peut être réalisé simplement en filtrant un signal créneau. Ci dessous, le schéma d'un l'oscillateur sinus à 33kHz :


Schéma de l'oscillateur sinus

Fonctionnement de l'oscillateur sinus

Génération d'un créneau (1)

L'ampli op U1a fonctionne en oscillateur et génère un créneau à sa sortie. La sortie étant rebouclée sur l'entrée +, l'ampli op fonctionne en régime saturé avec hystérésis.

Lors de la mise sous tension, la sortie se trouve au niveau haut quasi égal à l'alimentation 30V (entrée "-" au niveau le plus bas puisque C1 est initialement vide). L'entrée + se trouve alors à 20V (par le biais de R2 et R1//R3. C1, initialement vide, se charge jusqu'à 20V. A cette valeur, la sortie bascule au niveau bas (0V environ) : l'entrée + est alors à 10V (par le biais de R1 et R2//R3). C1 se décharge et tombe jusqu'à 10V. A cette valeur, la sortie bascule au niveau haut. C1 se recharge de 10V à 20V, et ainsi de suite. La période est proportionnelle à la constante de temps R4 x C1. En pratique, la période est un peu plus lente à cause du slew rate de l'ampli op utilisé (13V/us pour un TL072).

Le filtre R5/C2 modifie aussi un peu la charge de C1.

Filtre d'ordre 2 sur le créneau (2 et 3)

Pour créer un sinus, on filtre les harmoniques contenus dans le créneau. Le filtre R4/C1 est un passe bas qu'on reprend de l'oscillateur.


Tension aux bornes de C1 (vert) et sortie créneau (rose)

Un 2ème filtre RC (R5/C2) est placé à la suite. Un signal sinus (ou presque) est obtenu.



Tension aux bornes de C2 (vert) et sortie créneau (rose)

Amplification

Comme le rapport cyclique de l'oscillateur créneau (U1a) est 50%, la tension moyenne vaut la moitié de l'alimentation dont la valeur peut aller de 10 à 30V sans problème.

Etant donné la diminution d'amplitude liée aux 2 filtrages RC, on peut utiliser U1b pour amplifier le signal. Il faut amplifier seulement la composante alternative. En régime statique, son gain doit être 1 pour que la sortie oscille autour de la moitié de l'alimentation. Ceci permet la plus grande dynamique de sortie. Le gain est défini par 1+R7/R6.


Tension de sortie de U1b (vert) et sortie créneau (rose)

On constate que U1b n'est pas loin de saturer, la courbe verte atteint en effet presque les niveaux du créneau rose.

Sortie

Si on souhaite un signal sans décalage (offset), on utilise C4 pour bloquer la composante continue. R8 limite le courant de sortie et assure la stabilité de U1b sur certaines charges (court circuit, charge inductive ou capacitive).


Tension de sortie de l'oscillateur (vert) et sortie créneau (rose)

Composants de l'oscillateur sinus

Ce schéma d'oscillateur sinus utilise des valeurs standard de résistances et condensateurs.

U1 : TL072 ou TL082. La consommation de l'oscillateur sinus varie peu avec la tension.

Pour le TL072 :
10V : 3.5mA
20V : 3.8mA
30V : 3.9mA

Pour le TL082 : 5.2mA à 20V.

En choisissant C1 = 330pF (sans modifier les autres valeurs), on obtient une fréquence de 41kHz environ.

Modification de la fréquence

Le mieux est de jouer sur la valeur de C1 et C2 simultanément en conservant la proportionnalité entre C1 et C2.

La fréquence varie très peu avec la tension d'alimentation.

Exemple de maquette prototype


Le TL072 est soudé en composant traditionnel, donc de l'autre côté de la carte. Les résistances sont des CMS de taille 0603 et 0805.
On peut aussi gratter au ciseau un morceau de carte cuivre nue, étamer tout, puis placer les composants en CMS. Cette technique est détaillée
http://www.astuces-pratiques.fr/electronique/realisation-circuit-imprime-electronique-sans-insoleuse-ni-graveuse :


Sur ces maqettes, la diode zener 27V permet d'alimenter ce circuit par une tension variable plus élevée en insérant une résistance série adaptée. Dans ce cas, on ajoute un condensateur céramique 1uF/35V en parallèle avec l'alimentation (condensateur classique de découplage).

Applications possibles

- Générateur d'ultra sons
- Test d'alimentations à découpage
- Test d'ampli op

Si on souhaite un oscillateur qui donne un créneau (au lieu de sinus), le montage avec U1a suffit.