Oscillateur de pont de Wien : circuit et calcul de fréquence

Qu'est-ce qu'un oscillateur à pont de Wien?

Un oscillateur à pont de Wien est un type d'oscillateur à déphasage de phase basé sur un réseau de pont de Wien (Figure 1a) composé de quatre bras connectés en configuration de pont. Deux bras sont purement résistifs tandis que les deux autres sont une combinaison de résistances et de condensateurs.

En particulier, un bras a une résistance et un condensateur connectés en série (R1 et C1) tandis que l'autre les a en parallèle (R2 et C2).

Cela indique que ces deux bras du réseau se comportent de la même manière qu'un filtre passe-haut ou un filtre passe-bas, imitant le comportement du circuit montré par la Figure 1b.

Dans ce circuit, aux fréquences élevées, la réactance des condensateurs C1 et C2 sera beaucoup plus faible, ce qui fera que la tension V0 deviendra nulle car R2 sera court-circuité.

Ensuite, aux basses fréquences, la réactance des condensateurs C1 et C2 deviendra très élevée.

Cependant, même dans ce cas, la tension de sortie V0 restera nulle, car le condensateur C1 agira comme un circuit ouvert.

Ce type de comportement exhibé par le réseau de pont de Wien en fait un circuit avance-retard respectivement aux basses et hautes fréquences.

Calcul de la fréquence d'un oscillateur à pont de Wien

Cependant, entre ces deux fréquences hautes et basses, il existe une fréquence particulière à laquelle les valeurs de la résistance et de la réactance capacitive seront égales, produisant la tension de sortie maximale.

Cette fréquence est appelée fréquence résonnante. La fréquence résonnante pour un oscillateur à pont de Wien est calculée en utilisant la formule suivante:

De plus, à cette fréquence, le déphasage entre l'entrée et la sortie sera nul et l'amplitude de la tension de sortie sera égale au tiers de la valeur d'entrée. En outre, on observe que le pont de Wien ne sera équilibré que à cette fréquence particulière.

Dans le cas de l'oscillateur à pont de Wien, le réseau de pont de Wien de la Figure 1 sera utilisé dans la voie de rétroaction, comme montré dans la Figure 2. Le schéma d'un oscillateur à pont de Wien utilisant un TBJ (Transistor Bipolaire à Jonction) est montré ci-dessous :

Dans ces oscillateurs, la section amplificatrice comprend un amplificateur à deux étages formé par les transistors Q1 et Q2, où la sortie de Q2 est rétroalimentée en entrée de Q1 via le réseau de pont de Wien (montré dans l'enclos bleu de la figure).

Ici, le bruit inhérent au circuit provoquera un changement dans le courant de base de Q1 qui apparaîtra à son point collecteur après avoir été amplifié avec un déphasage de 180°.

Ceci est alimenté en entrée de Q2 via C4 et est encore amplifié et apparaît avec un déphasage supplémentaire de 180°.

Cela fait que le déphasage net du signal rétroalimenté au réseau de pont de Wien est de 360°, satisfaisant ainsi le critère de déphasage pour obtenir des oscillations durables.

Cependant, cette condition ne sera satisfaite que dans le cas de la fréquence résonnante, ce qui rend les oscillateurs à pont de Wien très sélectifs en termes de fréquence, conduisant à une conception stabilisée en fréquence.

Les oscillateurs à pont de Wien peuvent également être conçus en utilisant des amplificateurs opérationnels (Op-Amps) comme partie de leur section amplificatrice, comme le montre la Figure 3.

Il convient toutefois de noter que, ici, l'amplificateur opérationnel doit agir comme un amplificateur non inversant car le réseau de pont de Wien offre un déphasage nul.

De plus, à partir du circuit, il est évident que la tension de sortie est rétroalimentée aux bornes d'entrée inverseuse et non-inverseuse.

À la fréquence résonnante, les tensions appliquées aux bornes d'entrée inverseuse et non-inverseuse seront égales et en phase.

Cependant, même ici, le gain de tension de l'amplificateur doit être supérieur à 3 pour démarrer les oscillations et égal à 3 pour les maintenir. En général, ces types d'oscillateurs à pont de Wien basés sur des Op-Amps ne peuvent pas fonctionner au-delà de 1 MHz en raison des limitations imposées par leur gain en boucle ouverte.

Les réseaux de pont de Wien sont des oscillateurs à basse fréquence utilisés pour générer des fréquences audio et sous-audio comprises entre 20 Hz et 20 kHz.

De plus, ils fournissent une sortie sinusoïdale stabilisée et peu distordue sur une large gamme de fréquences qui peut être sélectionnée en utilisant des boîtes de résistances décennales.

En outre, la fréquence d'oscillation dans ce type de circuit peut être facilement modifiée, car il suffit de varier les condensateurs C1 et C2.

Cependant, ces oscillateurs nécessitent un grand nombre de composants de circuit et ne peuvent fonctionner qu'à une certaine fréquence maximale.

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