Oscillateur à filtre de Wien


Filtre de Wien
Le filtre classique de Wien se compose d'une résistance Ra en série avec un condensateur C suivis d'une résistance Rb en parallèle avec C avec Ra = Rb = R. Ici la résistance Rb est découpée en deux résistances (1 − α)R et αR.
Pour déterminer la fonction de transfert en régime sinusoïdal , on calcule VA / Ve.
L'application du théorème de Millman en A donne :
VA = jRCω.V1 / (1 − R2C2ω2 + 3 jRCω)
Par ailleurs on a V2 / VA = αR / R = α
Finalement, on peut écrire que V1 / V2 = [3 + (1 − R2C2ω2) / jRCω] / α
Ce filtre passif est un filtre de bande centré sur ω0 = 1 / RC et pour cette pulsation V1 et V2 sont en phase.

Oscillateur sinusoïdal.
Pour un amplificateur de gain H soumis à une réaction positive d'amplitude K, la fonction de transfert est H' = H / (1 − KH)
Si KH est voisin de 1, la fonction de transfert tend vers l'infini : le système se comporte comme un oscillateur.
Le gain doit être ajusté pour compenser exactement les pertes de la cellule de réaction.
Un gain plus élevé entraine la saturation de l'amplificateur et un gain plus faible l'arrêt de l'oscillation.
On boucle la sortie de l'amplificateur sur l'entrée du filtre pour produire cette réaction positive.
En première approche, on peut considérer que le transistor à effet de champ se comporte comme une résistance nulle.
On peut alors écrire que V3 / V2 = (R1 + R2) / R1. (boucle de contre-réaction).
Le système oscille si [3 + (1 − R2C2ω2) / jRCω] / α = (R1 + R2) / R1
En égalant parties réelles et imaginaires, on tire (R1 + R2) / R1 = 3 / α et 1 − R2C2ω2 = 0.

Stabilisation du gain
Pour réaliser cette stabilisation, on peut introduire en série avec R1 un transistor à effet de champ (TEF). Pour les faibles valeurs de VDS, un TEF se comporte comme une résistance fonction de la tension négative de la grille. En première approximation, le TEF se comporte comme une résistance r = r0 − k.VGS.
La tension VGS est produite par le pont diviseur R3, R4, une diode et la cellule de filtrage Cf, R5.
VGS = − R4 / ( R3 + R4).V3 + Vseuil
Si V3 croît r et par suite R1 croît, le gain de l'amplificateur diminue. Au contraire, si V3 décroît, le gain de l'amplificateur croît.

Il est aussi possible d'utiliser une résistance à coefficient de température positif mais la régulation du gain présente alors beaucoup d'inertie.

Valeurs utilisées :
R = 16 kΩ, α = 1 / 4, C = 10 nF.
R3 = R4 = 1 kΩ, Cf = 0,1 µF, R5 = 330 kΩ.