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Généralités sur le générateur
Pour qu’il y ait une activité électrique dans un circuit, il faut un appareil capable de créer cette activité, il s’agit du générateur. En électrotechnique, un générateur électrique est un dispositif qui permet de produire de l’énergie électrique à partir d’une autre forme d’énergie. Un générateur fournit de l’électricité pour alimenter un appareil. Par contre, un récepteur est un dispositif qui consomme l’énergie produite par le générateur. En électricité, un générateur de basses fréquences permet de délivrer un signal observable sur un oscilloscope
Générateurs électrochimique et électrostatique Un générateur électrique est un système transformant une énergie quelconque en énergie électrique, il n’en crée pas (exemple une dynamo). Il existe des générateurs électrochimiques et des générateurs électrostatiques.
a. Les générateurs électrochimiques : Les générateurs électrochimiques génèrent une tension continue et sont principalement utilisés dans des appareils électriques portatifs. Il peut s’agir par exemple de piles ou d’accumulateurs électrochimiques. Ces derniers transforment l’énergie chimique en énergie électrique.
b. Les générateurs électrostatiques : Les générateurs électrostatiques, quant à eux, convertissent l’énergie mécanique en énergie électrique et sont peu employés en dehors des accélérateurs d’ions ou d’électrons. Les « machines tournantes » sont également des générateurs. On trouve parmi elles les dynamos et les alternateurs qui sont constitués d’un rotor (inducteur) et d’un stator (induit). Le rotor peut être un aimant ou un électroaimant qui tourne et crée un champ magnétique induisant un courant électrique dans le stator (lui aussi muni d’aimants ou d’électroaimants). La fréquence du courant électrique est fonction de la vitesse de rotation du rotor. En électricité, un générateur de signaux est un appareil qui permet de délivrer un signal électrique de forme donnée (sinus, créneau) à partir d’une alimentation électrique; observable sur un oscilloscope. Ce peut être notamment un générateur de tension, ou un générateur de courant.
Définition portant sur le GBF
Un Générateur Basse Fréquence ou GBF est un appareil permettant de générer des signaux de différentes formes (triangulaire, carrée, sinusoïdale), de différentes fréquences (de 1 Hz à 1 MHz environ), et de différentes amplitudes (jusqu’à 10 V environ). Signaux de sortie : On rencontre les formes d’ondes conventionnelles suivantes : sinusoïdale, carrée, triangulaire, impulsion à rapport cyclique variable, signaux arbitraires. Les éléments constitutifs des générateurs sont conditionnés par les caractéristiques de l’onde générée et par les possibilités de modulation du signal de sortie. Ainsi les paramètres caractéristiques d’un signal généré sont la forme du signal, le domaine de fréquence, le domaine d’amplitude et la pureté. On peut distinguer 3 grandes familles de générateurs dont chaque famille est composée de deux types de générateurs : analogiques et numériques.
– Générateurs de fonction.
– Générateurs d’impulsion qui a pour but de générer des impulsions répétitives généralement rectangulaires, dont la plupart des paramètres sont réglables.
– Synthétiseurs de signaux, génèrent un signal sinusoïdal très pur. On peut utiliser ce signal sinusoïdal ou réaliser des fonctions plus complexes à partir de ce dernier par modulation ou encore obtenir des formes d’ondes classiques (carrée, triangulaire) : générateur de fonction synthétisée.
Etude des oscillateurs quasi-sinusoïdaux
Dans l’étude d’un oscillateur, il va falloir distinguer deux étapes de fonctionnement bien distinctes. La première est un état transitoire : c’est le démarrage des oscillations. Les signaux sont alors suffisamment faibles pour que l’amplificateur se comporte de façon linéaire. L’étude lors de cette phase se mène comme celle d’un système bouclé linéaire classique. On va pouvoir notamment déterminer dans quelles conditions l’ensemble étudié va bien pouvoir osciller. La seconde est un état permanent : c’est le régime d’oscillation. Lors du démarrage, le signal oscillant va croître. Cependant, au-delà d’une certaine valeur de signal en entrée, l’amplificateur va se comporter de façon non-linéaire (saturation d’un amplificateur opérationnel par exemple). Ce phénomène va stopper la croissance du signal oscillant et provoquer l’apparition d’harmoniques (on suppose qu’il n’existe pas de système automatique de contrôle de gain permettant de rester en régime linéaire).
CONCLUSION GENERALE
Dans tous les circuits électrique et électronique, que ce soit analogique ou numérique, une source d’énergie est nécessaire pour alimenter les circuits et pour assurer leur fonctionnement, qui sont le rôle des générateurs. Ces derniers sont caractérisés principalement par leur fréquence et leur amplitude. Toute grandeur physique ayant au moins ces deux caractéristiques (qui peuvent être évoluées avec le temps ou non) est appelée « un signal ». Une étude théorique est aussi nécessaire qui après, permettant les manipulations et les réalisations des circuits électroniques dans le domaine de la pratique. C’est ainsi que nous avons conçu les GBF qui sont en mesure de fournir en sortie un signal créneau, triangulaire ou sinusoïdal, réglable en fréquence et en amplitude et une alimentation continue stabilisée. L’offset est aussi réglable surtout pour les signaux rectangulaires. Pour visualiser la forme du signal à fréquence basse à la sortie, l’utilisation d’un oscilloscope est aussi nécessaire. Les modules de stabilisation ont pour objectif de convertir les signaux EDF, les oscillateurs pour montrer les signaux créneaux en sortie et l’amplificateur pour amplifier en puissance et en module la tension. Après les simulations des différents circuits, nous avons constaté des signaux amplifiés à la sortie. Pour contrôler un préamplificateur ou un étage final de puissance ou tout autre circuit BF, il faut pouvoir disposer d’un laboratoire doté d’un générateur BF capable de produire une onde sinusoïdale, une triangulaire et une carrée. Les réalisations pratiques étudiées sont à titre démonstratif et montrent des résultats assez satisfaisants. Et nous avons appris de découvrir l’univers pratique de l’électronique, pour réussir des montages et bien assimiler les cours théoriques afin d’affiner nos connaissances.
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Table des matières
INTRODUCTION GENERALE
CHAPITRE I : NOTION SUR LE GENERATEUR, SIGNAL ET FREQUENCE
1. NOTION DE GENERATEUR
1.1. Généralités sur le générateur
1.1.1. Générateurs électrochimique et électrostatique
a. Les générateurs électrochimiques
b. Les générateurs électrostatiques
1.1.2. Convention du générateur
1.1.3. Energie électrique fournie au circuit récepteur
1.1.4. Puissance électrique fournie
1.2. Les différents types de générateur
1.2.1. Générateur de tension
a. Générateur de tension continue
b. Générateur de tension alternative
1.2.2. Générateur de courant constant
1.3. Le Générateur basse fréquence
2. NOTION SUR LE SIGNAL
2.1. Introduction
2.2. Signal carré
2.3. Signal sinusoïdal
2.4. Signal triangulaire
3. NOTION DE FREQUENCE
3.1. Très basse fréquence
3.2. Basse Fréquence
3.3. Haute Fréquence
CHAPITRE II : ETUDE THEORIQUE DU GENERATEUR BASSE FREQUENCE
1. GENERALITES SUR LES GENERATEURS BASSES FREQUENCES
1.1. Définition portant sur le GBF
1.2. Les générateurs de signaux arbitraires
1.3. Description du générateur basse fréquence
2. DIFFERENTS MODELES DE GENERATEUR BASSE FREQUENCE
2.1. Générateur Basse Fréquence GF3 ET GF4
2.1.1. Caractéristiques du GF3 et GF4
2.1.2. Constitution
2.1.3. Schéma du GF3 et GF4
2.2. Le générateur de fonction GX239
3. CONCEPTION D’UN GENERATEUR BASSE FREQUENCE
3.1. Alimentation stabilisée
3.1.1. Transformateur
3.1.2. Pont de diode
3.1.3. Filtre
a. Filtre passe bas
b. Filtre passe haut
c. Filtre passe bande
d. Filtre coupe bande
3.2. Générateur de fonction piloté par un trigger
3.2.1. Définition d’un trigger
3.2.2. Principe
3.2.3. Fonctionnement
3.2.4. Applications
3.2.5. Bascule astable à l’aide d’un amplificateur opérationnel pour avoir un signal carré
3.3. Intégrateur
3.3.1. Les amplificateurs opérationnels
3.3.2. Fonctionnement du montage
3.4. Oscillateurs sinusoïdaux
3.4.1. Généralités sur les oscillateurs quasi-sinusoïdaux
a. Structure des oscillateurs quasi-sinusoïdaux à boucle de réaction
b. Etude des oscillateurs quasi-sinusoïdaux
c. Etude théorique de l’oscillateur à pont de Wien
3.4.2. Structure de l’oscillateur à pont de Wien- Identification des différents éléments
3.4.3. Calcul des caractéristiques de sortie
a. Le démarrage des oscillations
b. Le régime permanent: fréquence et amplitude des oscillations
3.4.4. Effet de la non linéarité sur la stabilité en fréquence
3.4.5. Observations et mesures à effectuer
a. Caractérisation des éléments de l’oscillateur (étude des éléments séparés)
b. Etude du démarrage des oscillations
c. Etude de la sortie en régime établi
CHAPITRE III : ETUDE PRATIQUE D’UN GBF
1. PRESENTATION DES COMPOSANTS
1.1. Module de stabilisation
1.1.1. Transformateur
1.1.2. Redresseur
1.1.3. Stabilisateur
1.2. Module oscillateur
1.2.1. Sélecteur de gamme de fréquence
1.2.2. Réglage de fréquence
1.2.3. Montage d’une bascule astable
1.2.4. Montage intégrateur
1.2.5. Montage d’oscillateur sinusoïdal
1.3. Module d’amplification
1.3.1. Montage amplificateur
1.3.2. Montage multiplicateur
1.4. Oscilloscope
2. SIMULATION SUR ORDINATEUR DU GBF
2.1. Sélecteur de gamme de fréquence
2.2. Réglage de fréquence
2.3. Réglage d’amplitude
2.4. Réglage offset du signal en créneaux
2.5. Additionneur inverseur
2.6. Protection de la sortie
2.7. Montage d’oscillateur à pont de Wien
2.8. Montage avec une tension sinusoïdale de fréquence constante
2.9. Montage avec une tension continue
3. REALISATION PRATIQUE
3.1. Schéma de chaque module
3.2. Affichage sur le voltmètre – ampèremètre
CONCLUSION GENERALE
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