Générateur de signal carré ultra simple
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Un ampli op, quatre résistances et un condensateur suffisent à générer un signal carré. Le montage oscillateur présenté ici est facile à mettre en oeuvre vu qu'une tension d'alimentation simple suffit pour cet oscillateur (adaptateur, pile 9V, etc)
Voici le schéma du générateur de signal carré 10kHz :
Générateur de signaux carrés avec alimentation simple (8V à 30V)
Le montage repose ici sur un TL071 ou un TL081 (ampli op standard). La tension d'alimentation de l'ampli op peut aller de +8V à +30V (d'après le fabricant à partir de 9V mais en pratique dès 7V ou 8V). Il n'y a donc pas besoin du classique "555" (NE555).
Générateur de signal carré avec alimentation simple 8V à 30V
La fréquence peut se régler facilement en remplaçant R1 par un potentiomètre. Dans ce cas, il faut ajouter une résistance en série de 1k minimum avec le potentiomètre pour éviter que le potentiomètre puisse faire un court-circuit lorsqu'il est en butée.
La tension d'alimentation peut varier de 8V à 30V continus, la consommation étant inférieure à 5mA. Une pile de 9V peut alimenter ce générateur, ce qui a l'avantage de le rendre entièrement flottant par rapport au montage testé. La tension de sortie (signal carré) est tantôt égale à 1V environ, tantôt quasi égale à l'alimentation positive.
Le filtre passe haut (formé par C2 et P1) à la sortie de l'ampli op supprime la composante continue. L'amplitude du signal dépend directement de la tension d'alimentation. Le potentiomètre P1 permet d'ajuster l'amplitude du signal à la valeur souhaitée de 0% à 100% de l'amplitude maximale.
Fonctionnement détaillé du générateur de signal carré
L'ampli op est utilisé en comparateur à hystérésis. Le montage s'appelle parfois "multivibrateur astable".
La tension de sortie de l'ampli op ne peut prendre que 2 valeurs +Vsat et -Vsat. Ici, la tension vaut soit +1V soit +11V environ. La tension sur l'entrée non inverseuse (+) de l'ampli op vaut soit 4V soit 8V environ selon le niveau de sortie (1V ou 11V respectivement). Lorsque la tension est à +11V à la sortie, C1 se charge à travers R1 jusqu'à atteindre 8V. Du coup, l'entrée inverseuse (-) se trouve à un potentiel supérieur à l'entrée +. Le niveau de sortie bascule de +11V à 1V (+Vsat à -Vsat). C1 se décharge à travers R1 jusqu'à atteindre 4V. La sortie bascule et C1 se recharge jusqu'à 8V. Et ainsi de suite, un nouveau cycle commence :
Simulation LTSpice IV du générateur de signal carré
La fréquence varie très peu avec la tension d'alimentation. L'ampli op doit être choisi avec un temps de montée très inférieur à la période du signal, sinon, le signal carré aurait plutôt une allure triangulaire dont les pentes seraient dues aux temps de montée et descente de l'ampli op lui-même.
Choix des composants du générateur : rien de difficile
R2, R3 et R4 sont fixées à la même valeur pour faire plus simple. R2 et R3 doivent être égales si on souhaite un rapport cyclique de 0.5 : le créneau est aussi longtemps au niveau haut qu'au niveau bas. R4 définit l'hystérésis avec l'association R2//R3.
R1 et C1 définissent la fréquence d'oscillation qui peut être choisie librement sans aucun problème. C1 est fixée à 1nF par simplicité. Il est plus facile d'ajuster une résistance (ici R1) qu'un condensateur.
C2 et P1 forment le filtre passe haut pour ne conserver que le signal carré sans sa valeur moyenne. Le potentiomètre P1 permet de doser l'amplitude du signal carré.
Application du générateur de signal carré 10kHz : test des amplis audio
Il est utile d'injecter un signal carré de 10kHz environ sur l'entrée audio d'un ampli pour visualiser à quoi ressemble le signal de sortie. C'est un test pour évaluer la stabilité d'un ampli.
La charge en sortie doit être formée d'une résistance de 8 Ohms en parallèle avec un condensateur de 1uF (non polarisé). Le condensateur déphase le courant par rapport à la tension de l'ampli. Les oscillations amorties qui apparaissent alors à la sortie permettent de connaître la marge de stabilité (marge de phase) de l'ampli testé. Plus les oscillations sont visibles, moins l'ampli est stable. Moins il y a d'oscillations, mieux c'est. La tension de sortie peut être limité à quelques Volts, pas besoin de mettre les potentiomètres de volume "à fond".
Pour plus de détails sur la stabilité des amplis audio, vous pouvez voir cet article :
Exemples de maquettes de générateurs de signaux à ampli op
Les oscillateurs à ampli op sont montés sur une carte à trous. Les composants CMS sont montés entre les pastilles. La taille 0603 et 0805 sont bien adaptés à ce type de montage sur carte à trous. Ici, une maquette où sont montés 4 oscillateurs : 3 oscillateurs sinus à trois fréquences différentes (idéal pour tester les ampli audio de puissance) et le générateur de signal carré à 10kHz :
Vue du dessous de la maquette du générateur à amplis op
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