Oscillateur sinus à ampli op sans pont de Wien

Voici un schéma simple d’oscillateur générant un sinus et qui nécessite pas d’ajustement comme un pont de Wien. L’oscillateur est basé sur un signal carré filtré passe bas.

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

Schéma de l’oscillateur sinus sans pont de Wien

Fonctionnement de l’oscillateur sinus simple

Générateur (oscillateur) d’un signal créneau

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 30 V (entrée « – » au niveau le plus bas puisque C1 est initialement vide). L’entrée + se trouve alors à 20 V (par le biais de R2 et R1//R3. C1, initialement vide, se charge jusqu’à 20 V. A cette valeur, la sortie bascule au niveau bas (1 V environ) : l’entrée + est alors à 10 V (par le biais de R1 et R2//R3). C1 se décharge et tombe jusqu’à 10 V. A cette valeur, la sortie bascule au niveau haut. C1 se recharge de 10 V à 20 V, 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 (13 V/us pour un TL072).

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

Filtre passe bas pour générer un sinus à partir d’un signal carré

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 de l’oscillateur carré (rose)

Amplification du signal

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 30 V 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.

Etage de sortie de l’oscillateur : filtre passe haut

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 charge 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.

Consommation et fréquence de l’oscillateur

La consommation de l’oscillateur sinus varie peu avec la tension.

Pour l’oscillateur sinus avec un TL072 :

10V : 3,5 mA

20V : 3,8 mA

30V : 3,9 mA

Pour le TL082 :

20V : 5,2 mA

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

Modification de la fréquence

Le plus simple 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 de l’oscillateur sinus

Voici une petite maquette prototype avec un ampli op TL072 :

Maquette de l’oscillateur sinus sans pont de Wien

Le TL072 est soudé en composant traversant, 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.

Maquettes d’oscillateurs sinus grattées au ciseau

Sur ces maquettes, la diode zener 27 V permet d’alimenter l’oscillateur par une tension variable plus élevée en insérant une résistance série adaptée. Cette tension peut même être la tension secteur redressée et lissée (325 V DC) pour une alimentation à découpage. Dans ce cas, la résistance série devra être de 22 ou 27 kOhms et 10 Watts. Pour le découplage, on ajoute un condensateur céramique de 100 nF à 1 uF (35 V minimum) en parallèle avec l’alimentation (condensateur de découplage).

Brochage de l’ampli op TL072 et TL082

Applications possibles de l’oscillateur

Quelques applications de cet oscillateur stable et simple :

– Générateur d’ultra sons

– Test et conception 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.