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La fascination des ondes triangulaires et carrées : comment les oscillateurs de relaxation créent-ils ces formes d'ondes ?
En électronique, un oscillateur de relaxation est un circuit oscillateur électronique non linéaire qui produit un signal de sortie répétitif non sinusoïdal, tel qu'une onde triangulaire ou une onde carrée. Ces circuits sont généralement constitués d'une boucle de rétroaction comprenant des éléments de commutation tels que des transistors, des comparateurs, des relais ou des amplificateurs opérationnels, qui chargent en continu un condensateur ou un inducteur jusqu'à ce qu'un certain seuil soit atteint, puis le déchargent rapidement. Ce processus de charge et de décharge produit une forme d’onde répétitive en constante évolution, montrant le charme unique des ondes triangulaires et des ondes carrées.
Une caractéristique clé des oscillateurs à relaxation est que leur période d’oscillation est déterminée par la constante de temps du condensateur ou de l’inducteur, ce qui les rend particulièrement adaptés aux applications basse fréquence.
Les oscillateurs de relaxation ont une large gamme d'applications, des lumières clignotantes (comme les clignotants) aux buzzers électroniques en passant par les appareils électroniques de haute technologie, et leur conception est relativement simple et facile à intégrer. Ce qui est plus remarquable, c'est que même si la fréquence de fonctionnement des oscillateurs de relaxation est généralement inférieure à la gamme audio, leurs applications dans différents domaines scientifiques sont diverses et profondes.
Contexte historique des oscillateurs de relaxation
L'origine de tout le concept d'oscillateurs de relaxation remonte à la Première Guerre mondiale, lorsque Henry Abraham et Eugene Bloch ont inventé le premier circuit d'oscillateur de relaxation - l'oscillateur polyédrique auto-excité - utilisant des tubes à vide. Plus tard, Balthasar van der Pol a fait la première distinction entre les oscillations de relaxation et les oscillations résonnantes en 1920 et leur a donné des noms. Le modèle d'oscillateur van der Pol qu'il a proposé a eu une influence importante sur les recherches et applications ultérieures.
Le nom de l'oscillateur de relaxation vient du processus dit de relaxation en mécanique, qui décrit la disparition progressive de la déformation et le retour à un état d'équilibre dans les matériaux inélastiques.
Comment fonctionne l'oscillateur de relaxation
Un oscillateur de relaxation est principalement composé d'un élément de stockage d'énergie (tel qu'un condensateur) et d'un élément de commutation. Son processus de fonctionnement peut être divisé en deux étapes : charge et décharge. Pendant le processus de charge, la tension du condensateur augmente progressivement. Lorsqu'elle atteint un certain seuil, l'élément de commutation s'allume soudainement, provoquant une décharge rapide du condensateur. Ce processus se répète en continu, formant finalement le signal d’onde triangulaire ou d’onde carrée que nous voyons.
Différents types d'oscillateurs de relaxation
Il existe plusieurs types d'oscillateurs de relaxation, dont les plus courants sont les oscillateurs à ondes balayées et les oscillateurs polynomiaux auto-excités. Dans un oscillateur à ondes de balayage, le condensateur de stockage d'énergie se charge lentement mais se décharge très rapidement, de sorte que sa forme d'onde de sortie n'a qu'une seule pente, tandis que dans un oscillateur polynomial auto-excité, les processus de charge et de décharge sont lents, ce qui donne une forme d'onde triangulaire A. avec à la fois une tendance à la hausse et une tendance à la baisse.
Les caractéristiques de l'oscillateur de relaxation en font un choix idéal pour la conception de circuits, en particulier dans les applications où des signaux d'oscillation basse fréquence doivent être générés.
Application de l'oscillateur de relaxation
Les oscillateurs de relaxation sont largement utilisés aussi bien dans l’industrie qu’à la maison. Ils sont utilisés pour fabriquer des lumières clignotantes, pour fournir du son aux buzzers électroniques et comme générateurs de son dans certains appareils de musique. De plus, cet oscillateur est également largement utilisé dans les oscillateurs contrôlés en tension, les onduleurs et les alimentations à découpage.
Avec les progrès de la technologie, la conception des oscillateurs de relaxation est devenue de plus en plus simple. De nombreux circuits modernes peuvent être mis en œuvre à l'aide de circuits intégrés tels que des temporisateurs 555. Ce circuit peut être utilisé dans une variété de plages d'alimentation. Effectuez des opérations précises.
Possibilités futures
En regardant vers l’avenir, avec les progrès continus de la technologie électronique, la conception et l’application des oscillateurs à relaxation devraient encore être développées. Grâce à de nouveaux matériaux et technologies, la stabilité et la polyvalence de ces oscillateurs s’amélioreront, leur permettant d’être utiles dans un plus large éventail de scénarios. Avec la popularisation des appareils intelligents, l’application des oscillateurs de relaxation dans l’Internet des objets, les nouvelles énergies et d’autres domaines de haute technologie deviendra également possible.
Nous ne pouvons pas nous empêcher de nous demander si les oscillateurs à relaxation peuvent créer des applications complètement nouvelles que nous ne pouvons même pas imaginer avec les avancées technologiques futures ?
