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[Electronique] : Oscillateur commandé en tension (VCO)
L’oscillateur commandé en tension aussi appelé VCO (Voltage Controlled Oscillator) est un oscillateur dont la fréquence varie en fonction d'une tension d'entrée.
Dans cet article, je vous propose de démystifier le VCO en l'étudiant par un schéma puis de le réaliser. Nous évoquerons également les applications pratiques du VCO pour comprendre son intérêt.
1) Principe
Le schéma ci-dessous présente un cas typique de VCO. Q1-L1-C3-C5-C6 forment un oscillateur COLPITTS. L'astuce consiste à ajouter les diodes varicap D1 et D2. Pour mémoire, les diodes varicap ont pour propriété d'avoir une capacité qui évolue selon la tension en inverse.Ici, la valeur de cette capacité varie selon la tension Vin et influe sur la valeur de fréquence d'oscillation de l'oscillateur COLLPITS. Au final, on a bien un oscillateur dont la fréquence est commandée en tension.
Q2 a pour fonction d'amplifier le signal d'oscillation du COLLPITS qui est un peu faiblard en sortie de Q1.
2) Réalisation
La première chose à faire est de monter sur breadboard notre montage afin de vérifier que nous avons bien une oscillation (sans les diodes varicaps).
Une fois validée, il n'y a plus qu'à réaliser notre circuit électronique sur une plaque de prototypage.
On peut alors tester notre VCO en appliquant une tension d'entrée Vin et observer les effets sur la fréquence de l'oscillateur. La fréquence augmente si on applique une tension positive.
Pour 3V.
La collecte des mesure donne le tableau ci-dessous.
En traçant la courbe d'évolution volts/fréquence, on observe une bonne linéarité de notre VCO de 2v à 10V. Cette zone linéaire est intéressante pour les applications du VCO car on minimise les distorsions du signal de sortie.
3) Applications du VCO
Bon d'accord, mais soyons un peu pragmatique, quelle est l'utilité d'un oscillateur commandé en tension?3.1) Modulation de fréquence
Alors, il y en a plusieurs. La première est la modulation de fréquence. En effet, si on applique une tension Vin, son effet se retrouve sur la fréquence d'oscillation du signal de sortie Vout. Ici la porteuse est la fréquence de l'oscillateur COLLPITS et Vin est le signal modulant.Appliquons donc en entrée de notre VCO une tension alternative de 10khz (dans la zone linéaire) et visualisons l'effet sur le spectre.
La courbe de la FFT permet d'observer le signal modulé en fréquence avec l'étalement spectral produit par la modulation de fréquence de notre VCO. Si on amplifie ce signal, on obtient un émetteur FM avec une antenne. On retrouve dans son principe l'émetteur FM que je vous avais évoqué il y a quelques temps.
3.2) Boucle à verrouillage de phase (PLL)
Les boucle à verrouillage de phase, ou PLL (phase-locked loop) permet d'asservir la phase (ou la fréquence) de sortie d'un système sur la phase (ou la fréquence) du signal d'entrée.
Le principe de la boucle à verrouillage de phase : le comparateur de phase compare signal de fréquence Fin (référence) avec le signal de rétroaction de la boucle. Si ces signaux ne correspondent pas, le comparateur de phase retourne une tension qui est proportionnelle à la différence entre ces deux signaux d'entrée. Le filtre passe-bas réceptionne le signal d'entrée, supprime les effets de haute-fréquence et transmet au VCO une tension de commande stable proportionnelle à l'écart de phase/fréquence. Le VCO peut alors ajuster la fréquence de son oscillation pour atténuer l'écart de fréquence. On a un asservissement du système pour que Fout rejoigne Fin.
Je n'irais pas plus loin dans les explications du fonctionnement des PLL car j'ai prévu de faire un article sur ce sujet. Mais il est à noter que les PLL sont utilisées dans les récepteurs radiofréquence pour démoduler les signaux ou pour syntoniser des signaux à des fréquences bien définies.
Conclusion
L'oscillateur commandé en tension est un circuit électronique assez répandu dans l'électronique de part ses multiples applications, notamment au sein des PLL que l'on trouve un peu partout dans les systèmes radiocommunications modernes. Souvent ces VCO sont intégrés dans des puces électroniques sans que l'on en est conscience.Désormais, vous en savez plus sur ce circuit, mais le sujet des VCO est vaste, il est probable que je revienne régulièrement dessus, à suivre!
Références, sources d'inspirations et liens utiles:
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Bobdor - 2023-02-08 23:01:26
Salut Claude. Jai pris plaisir à faire ce schéma. Il est possible de le tester sur breadboard pour vérifier son fonctionnement avant de prototyper. Curieux de t'entendre sur la suite. |
© 2024 www.doritique.fr par Robert DORIGNY
Hello BOB. je commence à regarder ton schéma d'oscillateur Colpitts dont la fréquence est modifiables grâce à des diodes varicaps comme je t'avais dit j'aimerais le simuler sur LTSPICE et si a marche essayer d'y ajouter une couche pour contrôle du niveau de tension car tu le sais comme moi sur ce type d'oscillateurs on peut anticiper plein de choses sur les conditions d'oscillation mais le niveau de sortie et une solution est une boucle de contreréaction. Rappelle toi nous avons eu des changes sur le sujet sur FB.