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Le secret de l'oscillateur de relaxation : pourquoi produit-il une forme d'onde unique ?
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 carrée. Un circuit constitué d'une boucle de rétroaction avec un dispositif de commutation tel qu'un transistor, un comparateur, un relais, un amplificateur opérationnel ou un dispositif à résistance négative (tel qu'une diode tunnel) qui charge en continu un condensateur ou un inducteur via une résistance. Jusqu'à un certain seuil est atteint, alors la décharge se produira. La période d'un oscillateur dépend principalement de la constante de temps du circuit condensateur ou inducteur.
"L'oscillateur de relaxation est un outil puissant pour produire des formes d'ondes discrètes et répétitives. Sa caractéristique est qu'il repose sur un processus de charge et de décharge rapide pour produire un signal."
Par rapport à d’autres types d’oscillateurs électroniques, tels que les oscillateurs harmoniques ou linéaires, les oscillateurs de relaxation fonctionnent sur un principe complètement différent. Bien que les oscillateurs à relaxation soient adaptés aux gammes de basses fréquences, leurs applications sont très variées, notamment les feux clignotants (tels que les clignotants) et les buzzers électroniques, les oscillateurs contrôlés en tension (VCO), les onduleurs, les alimentations à découpage, les convertisseurs analogique-numérique à double pente convertisseurs et générateur de fonctions, etc. Ce qui est plus remarquable, c’est que le terme « oscillateur de relaxation » ne se limite pas à l’ingénierie électronique, mais est largement utilisé dans de nombreux domaines scientifiques pour décrire des systèmes dynamiques capables de produire des oscillations non linéaires.
Les oscillations de relaxation se composent généralement de deux processus alternant sur des échelles de temps différentes : une longue période de relaxation, pendant laquelle le système tend vers un point d'équilibre, et une courte période d'impulsion, pendant laquelle les changements de point d'équilibre se sont produits. J’espère que vous vous êtes demandé pourquoi ces systèmes sont si omniprésents dans la nature.
Histoire de l'oscillateur à relaxation électronique
L'un des premiers circuits de l'oscillateur de relaxation était le multi-oscillateur astable, inventé par Henry Abraham et Eugene Bloch pendant la Première Guerre mondiale en utilisant des tubes à vide. En 1920, Balthasar van der Pol distingue pour la première fois l'oscillation de relaxation de l'oscillation harmonique, puis crée le concept d'oscillateur de relaxation et conçoit le célèbre modèle d'oscillateur van der Pol.
« Dans le monde des oscillateurs de relaxation, le processus de charge et de décharge est comme la libération du stress dans une machine. C'est là son côté naturel et sa beauté. »
Les oscillateurs de relaxation peuvent être classés en plusieurs types, notamment les oscillateurs en dents de scie, à balayage ou de lecture. L'énergie stockée dans ces oscillateurs est chargée lentement mais déchargée rapidement via un dispositif de commutation, de sorte que seule une petite quantité d'énergie est présente dans le forme d'onde de sortie. Contient une « rampe ». Un autre type est le multi-oscillateur astable, dans lequel le condensateur est également chargé et déchargé lentement, de sorte que sa forme d'onde de sortie se compose de rampes croissantes et décroissantes.
Larges applications
Le domaine d'application des oscillateurs de relaxation couvre la génération de signaux basse fréquence, tels que les lumières clignotantes et les buzzers électroniques couramment utilisés dans les appareils électroniques. À l'époque des tubes à vide, ils étaient largement utilisés comme bases de temps pour les orgues électroniques et les oscilloscopes. Avec le développement de la technologie microélectronique, les oscillateurs de relaxation actuels sont généralement construits à l'aide de circuits intégrés dédiés (tels que les puces de temporisation 555).
Les oscillateurs à relaxation sont largement utilisés principalement parce qu'ils sont de conception relativement simple et ne nécessitent pas de composants inductifs comme les oscillateurs LC, ce qui les rend plus faciles à fabriquer sur des circuits intégrés. Cependant, les inconvénients de l’oscillateur détendu sont un bruit de phase important et une mauvaise stabilité de fréquence.
En ce qui concerne la mise en œuvre de l'oscillateur de relaxation, il existe de nombreuses méthodes parmi lesquelles choisir : notamment l'utilisation d'un temporisateur 555, et de nombreuses implémentations prêtes à l'emploi utiliseront également des comparateurs comme composants pour la conception, tous conçus pour capturer et générer Cette forme d'onde unique.
L’essence des oscillateurs de relaxation est leur capacité à simuler divers phénomènes naturels, notamment l’éruption d’un volcan, les signaux biologiques des cellules nerveuses ou encore le rythme cardiaque d’un être vivant. C'est pourquoi, à mesure que la technologie progresse, les oscillateurs à relaxation continuent de jouer un rôle essentiel dans de nombreux domaines émergents. Êtes-vous curieux de savoir comment ces systèmes complexes mais merveilleux continueront d'avoir un impact sur nos vies ?
