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Dans le monde électronique, quel est le principe clé pour détendre un oscillateur ?
Un oscillateur de relaxation est un circuit oscillateur électronique non linéaire capable de générer un signal de sortie répétitif non sinusoïdal tel qu'une onde triangulaire ou carrée. Le circuit se compose d'une boucle de rétroaction et contient des dispositifs de commutation tels que des transistors, des comparateurs, des relais, des amplificateurs opérationnels ou des dispositifs à résistance négative tels que des diodes tunnel. Il charge continuellement le condensateur ou l'inductance à travers la résistance jusqu'à ce qu'il atteigne un certain seuil, puis le décharge. Dans ce processus, la période de l'oscillateur dépend principalement de la constante de temps du circuit condensateur ou inducteur.
Les oscillateurs de relaxation diffèrent des autres types d'oscillateurs électroniques, tels que les oscillateurs linéaires, dans le sens où ils utilisent un retour d'amplificateur pour exciter des oscillations résonantes, générant ainsi des ondes sinusoïdales.
Les oscillateurs de relaxation ont un large éventail d'applications. Bien qu'il soit adapté à la génération de signaux basse fréquence, généralement inférieurs à la plage audio, il trouve néanmoins diverses utilisations, telles que les feux clignotants (tels que les clignotants) et les appelants électroniques. Ils sont également utilisés dans des dispositifs tels que des oscillateurs commandés en tension, des onduleurs, des alimentations à découpage et des générateurs de fonctions.
Il est intéressant de noter que le concept d'oscillateurs de relaxation ne se limite pas à l'ingénierie électronique, mais est largement utilisé dans les systèmes dynamiques de nombreux domaines scientifiques, qui produisent également des oscillations non linéaires et peuvent utiliser les mêmes mathématiques que le modèle des oscillateurs de relaxation électroniques pour analyser. Par exemple, les fontaines géothermiques, les réseaux de cellules nerveuses, les systèmes de chauffage à température contrôlée et les battements du cœur humain peuvent tous être modélisés comme oscillateurs de relaxation.
Les oscillations de relaxation sont caractérisées par deux processus alternés : une longue période de relaxation et une courte période impulsive, qui se poursuivent alternativement.
Progrès dans les oscillateurs de relaxation électroniques
Le premier circuit oscillateur détendu, le multi-oscillateur astable, a été inventé pendant la Première Guerre mondiale par Henry Abraham et Eugene Bloch. Baltasha van der Poel a fait la première distinction entre les oscillations de relaxation et les oscillations harmoniques en 1920 et a inventé le terme « oscillateur de relaxation ». Il a également dérivé le premier modèle mathématique d'un oscillateur détendu, le célèbre modèle d'oscillateur de Van der Pol.
Les oscillateurs de relaxation peuvent être divisés en deux catégories selon différentes structures de circuits : les oscillateurs à ondes en dents de scie, à ondes de balayage ou à rétroaction et les multi-oscillateurs astables. Le condensateur de stockage d'énergie dans un oscillateur en dents de scie se charge lentement mais se décharge presque immédiatement, de sorte que la forme d'onde de sortie est principalement une forme d'onde en dents de scie. Dans un multi-oscillateur astable, les processus de charge et de décharge du condensateur sont effectués via la résistance et la forme d'onde de sortie contient des pentes montantes et descendantes.
Application de l'oscillateur de relaxation
Les oscillateurs de relaxation sont largement utilisés en raison de leur conception relativement simple et de leur facilité de fabrication dans les circuits intégrés. Ils ne nécessitent pas d'inductance comme les oscillateurs LC, ce qui les rend plus faciles à filtrer et à ajuster. Ce type d'oscillateur peut jouer un rôle important dans les circuits de base de temps, les applications audio et les instruments de test, tels que la musique instrumentale électronique à l'ère des tubes et le circuit de base de temps des oscilloscopes CRT.
Bien que les oscillateurs détendus soient faciles à concevoir, leur bruit de phase et leur stabilité en fréquence ne sont pas aussi bons que ceux des oscillateurs linéaires.
L'avenir et les défis des oscillateurs de relaxation
Avec le développement de la technologie microélectronique, de nombreux oscillateurs de relaxation simples ont commencé à utiliser des circuits intégrés dédiés, tels que la puce de minuterie 555, pour remplacer les dispositifs à résistance négative (tels que les néons ou les transistors unipolaires) utilisés au début. Ces dernières années, les oscillateurs de relaxation ont joué un rôle indispensable dans divers générateurs de formes d'onde, circuits à retardement et autres applications électroniques.
En regardant l'histoire, l'application et le développement des oscillateurs à relaxation, ce type de circuit joue sans aucun doute un rôle central dans la technologie électronique. Cependant, avec les changements technologiques, est-il possible d'avoir des conceptions d'oscillateurs plus efficaces ou plus stables à l'avenir. ?
