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Dernière mise à jour : 21/05/2009
Présentation
Qu'est donc qu'un oscillateur rectangulaire ? Et bien c'est un montage
ou un composant électronique qui génère un signal
périodique (c'est à dire qui se répète), et
ce signal passe d'un niveau bas (par exemple 0V)
à un niveau haut (par exemple 12V), puis au bout d'un certain
temps, repasse vers le niveau bas. Le signal reste un certain temps
à
l'état bas, puis passe de nouveau à l'état haut,
et le cycle se
poursuit ainsi sans s'arrêter, tant que les conditions requises
pour
que l'oscillation ait lieu, sont respectées. Quand on
regarde ce genre de signal à l'oscilloscope, il a la forme de
crénaux (comme ceux d'un chateau fort), c'est pourquoi on lui a
donné le nom de rectangulaire. Mais à quoi donc peut
servir un tel oscillateur ? Oh, et bien à plein de choses.
Si la fréquence du signal est basse, c'est à dire si les
changements d'état ne se font pas trop vite, on peut
réaliser un métronome
électronique, un
chenillard.
ou tout autre sorte de gadget, comme un coeur
lumineux
clignotant. Ou encore s'en
servir pour générer des impulsions sur une cloture
électrique entourant un pré de vaches. Si la
fréquence est plus élevée, mais qu'elle reste dans
le domaine de l'audible (20 Hz à 20KHz) on peut envisager la
construction d'un petit orgue électronique, ou d'un simple générateur
de signal audio servant pour des tests d'équipements audio.
Et si on monte plus
haut, on peut s'en servir pour cadencer les instructions d'un
microprocesseur, contribuer à la construction d'un
émetteur FM. Vous trouverez donc sur cette page quelques
exemples
de réalisation
d'oscillateurs délivrant des signaux rectangulaires. Il en
existe de toute sortes, n'hésitez pas à chercher ailleurs
pour enrichir vos connaissances.
Oscillateur à CD4011
Le schéma ci-dessous fait appel à deux portes logiques de
type NON-ET (NAND), il y en a quatre de ce type dans un CD4011.
L'entrée de validation VALID doit être portée au
niveau haut (+V) pour que le circuit oscille. Si cette entrée
est au niveau bas, la sortie restera au niveau haut en continu. Si vous
n'avez pas besoin d'une entrée de commande, vous pouvez relier
les entrées 1 et 2 entre elles, ainsi que les entrées 5
et 6 entre elles, et couper la liaison entre 1 et 5. Ceci peut
permettre de simplifier le cablage. Attention
! le point commun des deux résistances et du condensateur n'est
pas relié à la masse et ne doit pas l'être !
Oscillateurs à portes NAND générique
Voici un autre schéma d'oscilateur à portes NAND,
utilisable avec un CD4011, un SN7400 ou un SN74LS00. La valeur des
composants doit respecter les conditions données sur le
schéma.
Oscillateur à CD4093
Le CD4093 contient 4 portes logiques de type NON-ET (NAND), mais les
entrées sont dotées de triggers de Schmitt. Il est
possible avec une
seule porte logique de ce type, de réaliser un oscillateur,
alors qu'il
fallait au moins deux portes logiques avec le CD4011.
Un peu
plus de
détails sur le fonctionnement de ce type d'oscillateur...
Oscillateur à CD4069
Dans le schéma qui suit, il est fait usage de toutes les portes
inverseuses (portes logiques de type NON) contenues dans un circuit
intégré CD4069. Le nombre des composants n'est donc pas
plus élevé qu'avec le montage à base de CD4011
précédent. La mise en parallèle des trois portes
en sortie permet d'augmenter la capacité en courant de sortie.
Ce montage sera donc capable d'attaquer des charges
élevées.
La fréquence du signal de sortie est déterminée
par la valeur de la résistance R2 et du condensateur C1. Avec
les valeurs du schéma (33K et 220pF), la fréquence est
supérieure à 20KHz et est donc inaudible. Si vous
souhaitez ramener cette fréquence dans le domaine audible, vous
devrez augmenter la valeur du condensateur C1 (quelques dizaines
à quelques centaines de nF).
Un peu
plus de
détails sur le fonctionnement de ce type d'oscillateur...
Hors sujet :
saviez-vous qu'il
est possible d'utiliser certaines portes logiques pour des applications
analogiques ? Et oui, avec des inverseurs du type CD4049 ou des portes
NAND de type CD4011, il est tout à fait possible de faire des
préamplis BF, des générateurs de signal
sinusoidal...
Oscillateur à quartz 1 MHz
L'oscillateur suivant présente une grande stabilité,
puisque stabilisé par un quartz. Il utilise quelques portes NAND
TTL de type SN7400. La fréquence d'oscillation dépend de
la valeur du quartz, et est ici de 1 MHz. L'alimentation du montage
sera obligatoirement de +5V, à moins d'opter pour des portes
NAND qui accèptent une plage d'alimentation plus étendue.
La présence d'une porte NAND à trigger de schmitt
à la sortie (SN74132) permet de garantir un signal très
propre.
Remarque de Fabrice - 01/07/2008
"J'ai pris ma plaque pastillée, un 74hc00, un quartz 32,768 kHz
et surprise... Le quartz oscille parfaitement... à 20 MHz"
Ma réponse
Mon 7400 était un "pur" 7400 et non une version HC ou HCT, et je
n'ai pas testé ce montage avec un quartz de valeur aussi faible.
Peut-être faudrait-il augmenter la valeur de C2 (47p .. 180p)
pour éviter ce genre de désagrément ?
Oscillateur à transistors bipolaires
Le montage suivant est un grand classique, et il est assez rare qu'il
ne fonctionne pas (ce qui arrive parfois avec les montages oscillateur
qui refusent de démarrer pour un oui ou pour un non).
Remarque :
la
différence de valeur des deux condensateurs C1 et C2 est voulue,
ce n'est pas une erreur. Vous voulez une application pratique de ce
genre de montage ? En voici une : un double clignotant à leds.
Notez que les leds sont placées entre l'émetteur de
chaque transistor et la masse, mais il est aussi possible de les placer
entre le collecteur et la résistance de charge (R2 et R4 dans le
montage présent, voir page clignotant 004).
La vitesse de clignotement (la fréquence d'oscillation
diront
les scientifiques) dépend de la valeur de R1, R3, C1 et C2. Pour
accélerer le clignotement, diminuer la valeur de ces composants.
Pour ralentir le clignotement, augmenter leur valeur. Par exemple, en
utilisant des condensateur de 22 uF au lieu des 47 uF, les leds
clignoteront deux fois plus vite. En utilisant des résistances
de base (R1 et R3) de 100 KO, les leds clignoteront deux fois moins
vite.
Pour ce qui est des transistors, vous avez de la chance : beaucoup de
transistors NPN faible puissance (BCxxx, BFxxx, 2Nxxx) peuvent
convenir. N'hésitez, donc pas à essayer avec des
composants de récupération.
Usage de ce type de circuit en HF
En
adptant des condensateurs de faible valeur et une ou plusieurs selfs
à la place de résistance (circuits LC au lieu de circuits
RC),
il est possible de faire osciller ce genre de montage à des
fréquences
élevées, par exemple 100 MHz (exemple avec l'émetteur FM 003).
Ce n'est pas forcement une façon de faire "professionnelle", mais qui
peut donner des résultats parfois convaicants, même en l'absence de
stabilisation par quartz / PLL.
Oscillateur à NE555
Le NE555 est très connu des électroniciens. Il permet de
réaliser des oscillateurs (astables) mais aussi des monostables,
et des modulateurs de largeur d'impulsion (pour variateur de vitesse
pour perceuse par exemple). La capacité en courant de sa sortie (plus
de 100 mA)
permet d'alimenter directement des charges élevées, une
LED ne lui fera donc pas peur.
Remarque : la broche 5 du
NE555 (entrée CV) permet de faire varier la fréquence du
signal rectangulaire sortant sur la broche 3, à partir d'une
tension continue. Cette broche 5, quand elle est inutilisée,
peut être reliée à la masse au travers d'un petit
condensateur de 10 nF, afin de bénéficier d'un signal de
sortie bien stable. Ce condensateur (C2 sur le schéma
précédent) est facultatif pour un usage où la
stabilité de la fréquence n'est pas du tout critique
(clignotant ou oscillateur de base pour jeux de lumière,
par exemple).
Datasheet
du
NE555
Oscillateur à CD4538 (ou CD4528)
Mais... le CD4538 est un monostable ! Oui, et alors. Pourquoi ne pas
chercher à l'utiliser pour faire clignoter une led ? Il n'est
pas impossible qu'un jour on dispose de la moitié d'un CD4528 ou
CD4538 laissé libre dans un montage existant, et que l'on n'ait
pas envie d'ajouter un autre pavé, ne serait-ce que parce qu'on
n'aime pas gacher... Le schéma suivant peut bien entendu
paraîre compliqué pour celui qui est habitué
à utiliser (et à recommander à toutes sauces) le
NE555. Mais avouez-le : vous avez bien envie, tout comme moi, de vous
torturer un peu les méninges de temps en temps, histoire de ne
pas trop rouiller, non ?
Lors de la mise sous tension, le premier déclanchement du
monostable est assuré par le passage de l'état bas
à l'état haut de la broche de déclanchement
positive (borne 4 du CD4538), obtenu au bout d'un laps de temps
déterminé par la valeur des composants R2 et C2. La
sortie Q passe alors à l'état haut, ce qui a pour effet
de saturer le transistor Q1, qui allume la led D1 d'une part, et
décharge le condensateur C2 d'autre part, au travers de la diode
D2. Une fois l'impulsion de sortie terminée, la sortie Q repasse
à l'état bas, le transistor Q1 se bloque. Le condensateur
C2 peut alors se recharger au travers de R2, et le cycle recommence.
Avec les valeurs de composants données ici, la fréquence
de clignotement de la led est de l'ordre de 3 Hz.
