Laboratoire 5 L oscillateur à filtre actif accordé Cheikh Latyr Fall, Philippe Létourneau et Benoit Gosselin Université Laval - Hiver 5. Objectifs J Étudier les caractéristiques des oscillateurs sinusoïdaux J Concevoir un oscillateur sinusoïdal à filtre actif accordé J Expérimenter et mesurer les caractéristiques d un oscillateur sinusoïdal à filtre actif accordé. Description Ce Laboratoire consiste à étudier les oscillateurs sinusoïdaux et à concevoir et réaliser un oscillateur sinusoïdal à filtre actif accordé. La Figure montre le schéma d un oscillateur sinusoïdal à filtre actif accordé. Ce circuit comporte un filtre actif passe- bande d ordre semblable au simulateur d inductance et un écrêteur de tension. La sortie du filtre (out) est une onde sinusoïdale de fréquence ω. La sortie de l écrêteur (car) donne une onde carrée dont la fréquence fondamentale est égale à ω. Étudiez les notes de cours et le volume de référence (Sedra and Smith, 6ed. pp. 379-349) afin de bien comprendre le fonctionnement de ce circuit avant de le réaliser au laboratoire. Figure : Un oscillateur sinusoïdal à filtre actif accordé.
GEL- 3 Électronique des composants intégrés 3. Préparation ( %) Répondez aux questions suivantes avant de vous présenter au laboratoire. N oubliez pas d imprimez vos courbes et vos réponses afin de les remettre à l assistant en début de séance. Pour toutes les simulations, utilisez DD = 5 et SS = - 5. Afin de simuler le comportement réel des sources alternatives en laboratoire, rajoutez une résistance de 5 ohms en série avec les sources idéales. 3. Calculez d abord les valeurs de R à R 6, C et C nécessaires pour que le circuit de la Figure produise une onde sinusoïdale de 3 khz à out. Référez- vous aux notes de cours et au volume de référence au besoin pour avoir accès à toutes les équations de design. Choisissez des résistances de telle sorte que R = R = R 3 = R 4 = R 5. 3. Remplissez le Tableau avec les valeurs des paramètres que vous avez choisis et calculés. La fonction de transfert obtenue doit être la suivante : T ( s) = s ( ω / Q) s + s( ω / Q) + ω Notez que le filtre passe- bande possède une bande passante suivant: Considérez également les relations suivantes : BW = ω ω = ω / Q ω = RC ω / Q = R C Tableau. aleurs simulées. Paramètre aleur R R R3 R4 R5 R6 C nf C nf BW Q 3 f 3 khz Gain à f
3 GEL- 3 Électronique des composants intégrés 3.3 Utilisez les valeurs calculées en 3. et 3. pour simuler le circuit de cet oscillateur sinusoïdal dans Altium Designer et assurez- vous d obtenir une fréquence de 3 khz. i. Effectuez une simulation temporelle et montrez les sorties car et out pour une dizaine de périodes d oscillation. ii. Effectuez une simulation fréquentielle du filtre actif accordé de second ordre. Pour ce faire, ouvrez d abord le circuit entre l écrêteur et R afin de déconnecter la boucle de rétroaction. Ensuite, connectez une source d excitation AC au terminal de R laissé flottant suite à l étape précédente et calculez la réponse en fréquence du filtre. Prenez la sortie du filtre à out. 4. Expérimentation (45 %) 4. Montez le circuit de la Figure sur votre breadboard au PLT- 3. Utilisez les valeurs trouvées dans la préparation ainsi que +5 pour l alimentation positive et - 5 pour l alimentation négative du circuit. 4. Mesurez la fréquence et l amplitude de l onde sinusoïdale produite par le circuit et comparez- les avec les valeurs simulées. 4.3 Remplissez le Tableau avec les valeurs que vous avez choisies et mesurées lors de l expérimentation. Présentez le tableau dans votre rapport. Tableau. aleurs choisies et mesurées. Paramètre R R R3 R4 R5 R6 C C f aleur 4.4 Observez le spectre de l onde sinusoïdale produite par le circuit à l aide de la fonction mathématique FFT de l oscilloscope. Apportez les réglages nécessaires afin d améliorer la qualité du signal sinusoïdal produit. Rapportez la capture d oscilloscope dans votre rapport. Commentez le graphique. 4.5 Avec i la tension RMS de la ième harmonique, calculez le taux de distorsion harmonique de votre onde sinusoïdale. Considérez un nombre suffisant d harmoniques. Montrez le calcul effectué dans votre rapport. + 4 + + 4 + 3 THD = n
4 GEL- 3 Électronique des composants intégrés 4.6 érifier la présence de bruit de phase dans votre oscillateur. Pour cela, ajoutez de la persistance (display menu) à votre forme d onde sur l oscilloscope. Rapportez la capture d oscilloscope dans votre rapport. Commentez ce qui est observé. 5. Questions post- laboratoire (45 %) Répondez aux questions suivantes dans votre rapport: ) Quels sont les points importants à retenir dans ce laboratoire? Quelles sont les difficultés rencontrées (s il y a lieu)? ) Expliquez ce qui se produit si on effectue la modification suivante : Au lieu d utiliser deux diodes dans chaque branche de l écrêteur, utilisez- en seulement qu une ( pour la tension positive et pour la tension négative). Utilisez Altium ou tracez à la main les formes d onde obtenues. 3) En utilisant Altium, montrez l effet du facteur de qualité sur la sortie du oscillateur. Note : faite une analyse par balayage de la réponse temporelle en variant la résistance R. Expliquez l utilité de faire une modification du facteur de qualité. 4) Remplacez l écrêteur passif par un écrêteur actif et simuler le circuit obtenu avec Altium. Montrez que l oscillateur fonctionne bien avec l écrêteur proposé. 5) Quelle est la fréquence maximum de ce circuit? Justifiez votre réponse. 6. Rapport Dans votre rapport, répondez aux questions posées de façon succincte. Il n est pas nécessaire de rédiger une introduction et une conclusion. Les courbes et valeurs demandées (les informations en gras dans le protocole) devront être présentées en spécifiant les numéros de question correspondants. De plus, placez la dernière page de cet énoncé comme ère page de votre rapport et remplissez- là. otre rapport doit être remis en format texte imprimé dans la boîte identifiée GEL- 3 située en avant du PLT- 3 au plus tard à 6h3 la journée précédant le prochain Laboratoire. De plus, téléversez- en également une copie électronique sur Pixel (https://pixel.fsg.ulaval.ca/) avant la date limite.
Laboratoire 5 L oscillateur à filtre actif accordé Nom Matricule.. Section : Signature de l assistant : Date :