ElectroCard – Fiche de lecture
LB-23 — Precise Tri-Wave Generation
Auteur : Hooman Hashemi
National Semiconductor — Mars 1986
Référence Texas Instruments : SNOA854
Pourquoi ce Linear Brief est important
Ce vingt-troisième Linear Brief présente un générateur de signal triangulaire dont les crêtes positive et négative sont fixées séparément par deux tensions de référence continues.
L'architecture associe un LM118 utilisé comme intégrateur et les deux comparateurs rapides d'un LM119. L'intégrateur produit alternativement une rampe montante et une rampe descendante. Les comparateurs détectent le franchissement des références positive et négative, puis inversent automatiquement le courant appliqué à l'intégrateur.
Le montage permet ainsi de contrôler précisément l'amplitude crête à crête du signal triangulaire. La publication annonce une précision d'environ ±0,01 V sur les crêtes. La fréquence et la symétrie du signal sont également réglables.
La LB23 décrit plusieurs applications pratiques : balayage de la tension d'entrée d'un régulateur, essais d'amplificateurs opérationnels, génération d'un signal carré, oscillateur commandé en tension et production d'une sinusoïde à faible distorsion à partir d'un signal triangulaire précis.
Ce que l'on y apprend
• principe d'un oscillateur triangulaire à intégrateur et comparateurs
• génération d'une rampe linéaire avec un LM118
• utilisation des deux comparateurs d'un LM119
• détection indépendante des crêtes positive et négative
• rôle de la réaction positive à travers D1 et R4
• inversion automatique du courant appliqué à l'intégrateur
• réglage de l'amplitude par deux tensions de référence continues
• relation entre R1, C1, les références et la fréquence
• obtention simultanée d'un signal triangulaire et d'un signal carré
• réglage de la fréquence par remplacement de R1 par un potentiomètre
• réglage de la symétrie par injection d'un courant dans l'entrée inverseuse du LM118
• utilisation du générateur comme oscillateur commandé en tension
• balayage de la plage d'entrée d'un régulateur de tension
• essais des tensions de mode commun, des alimentations et de l'excursion de sortie d'un amplificateur opérationnel
• importance d'une amplitude triangulaire précise pour la conversion triangle-sinusoïde
Les pépites techniques
• précision annoncée d'environ ±0,01 V sur les crêtes positive et négative
• réglage indépendant des deux seuils par VREF+ et VREF−
• fréquence maximale d'environ 200 kHz, limitée par les délais du circuit
• différence maximale annoncée entre les références : 5,0 V
• plage utile de commande en fréquence d'environ deux décades en fonctionnement VCO
• réglage de fréquence d'au moins 10:1 en remplaçant R1 par un potentiomètre, sans modifier l'amplitude
• réglage de symétrie par une résistance de 50 kΩ reliée au curseur d'un potentiomètre de 1 kΩ placé entre les alimentations
• balayage d'un régulateur de 7 à 25 V avec un signal de 0,7 à 2,5 V amplifié par dix
• alimentation du montage original : +5 V et −5 V
• diode de commutation rapide D1 : 1N914
Relation de fréquence
f = 5,0 V / [2 × R1 × C1 × (VREF+ − VREF−)]
Avec les valeurs du schéma :
• R1 = 20 kΩ
• C1 = 0,02 µF
• VREF+ − VREF− = 5,0 V
la fréquence théorique est :
f = 1 250 Hz
soit une période de 800 µs.
Valeurs du schéma
• R1 : 20 kΩ
• R2 : 20 kΩ
• R3 : 15 kΩ
• R4 : 2 kΩ
• R5 : 15 kΩ
• R6 : 500 Ω
• R7 : 1 kΩ
• C1 : 0,02 µF
• D1 : 1N914
• intégrateur : LM118
• double comparateur : LM119
• alimentations : +5 V et −5 V
• sorties : signal triangulaire et signal carré
• commandes : références positive et négative
Le calculateur ElectroCard réalisé
• Calcul de la fréquence selon R1, C1, VREF+ et VREF−.
• Calcul automatique de la période du signal.
• Calcul de l'amplitude crête à crête selon l'écart entre les références.
• Avertissement lorsque l'écart entre les références dépasse 5,0 V.
• Gestion des unités Ω, kΩ, nF, µF, Hz, kHz et MHz.
• Valeurs initiales reprises du schéma original : R1 = 20 kΩ et C1 = 0,02 µF.
Applications décrites
• Générateur de signal triangulaire précis.
• Générateur simultané de signaux triangulaire et carré.
• Balayage de la tension d'entrée d'un régulateur.
• Essai d'un régulateur sur toute sa plage de fonctionnement.
• Balayage de la tension de mode commun d'un amplificateur opérationnel.
• Variation contrôlée des tensions d'alimentation pendant un essai.
• Mesure de l'excursion de sortie d'un amplificateur opérationnel.
• Oscillateur commandé en tension couvrant environ deux décades.
• Source triangulaire pour un convertisseur triangle-sinusoïde.
• Équipement de test et de caractérisation sur oscilloscope.
Points de vigilance ElectroCard
• La référence officielle Texas Instruments de la publication est SNOA854.
• La publication originale indiquée dans le document officiel est mars 1986.
• Le document daté de 2002 est une réédition numérique de National Semiconductor.
• Le LM118 et le LM119 sont des circuits de conception historique, mais ils figurent encore au catalogue Texas Instruments au moment de cette édition.
• La disponibilité réelle des versions LM118H et LM119H, des boîtiers et des grades de température doit être vérifiée avant commande.
• Le LM119 possède des sorties à collecteur ouvert ; ses résistances de rappel et son câblage doivent être respectés.
• La diode D1 participe à la réaction positive et au verrouillage du comparateur A ; elle ne doit pas être supprimée.
• Une 1N4148 peut généralement remplacer la 1N914, sous réserve de valider le comportement dynamique du montage.
• La différence entre VREF+ et VREF− ne doit pas dépasser 5,0 V dans les conditions décrites par la note.
• La fréquence maximale d'environ 200 kHz est une limite pratique liée aux délais des composants, et non le résultat direct de la seule formule idéale.
• Le calculateur ne modélise pas les temps de propagation, les saturations, les courants de polarisation, les tolérances, la dérive thermique ni les limites d'excursion de sortie.
• Pour une adaptation moderne, vérifier la compatibilité avec l'alimentation ±5 V, les plages de mode commun, la vitesse de balayage et les niveaux de sortie.
Intérêt historique
Publié en mars 1986, ce Linear Brief montre comment obtenir un générateur de fonction précis avec un nombre réduit de composants analogiques rapides. L'amplitude n'est pas déterminée par les saturations naturelles des amplificateurs, mais par deux références externes qui fixent directement les seuils de retournement.
Cette séparation entre l'intégration et la détection des seuils rend le fonctionnement particulièrement lisible. Le LM118 détermine la pente, tandis que le LM119 décide du moment où cette pente doit être inversée. La même architecture reste utilisée dans de nombreux oscillateurs triangulaires, modulateurs, convertisseurs et systèmes de balayage.
La LB23 conserve également une forte valeur pédagogique pour comprendre les intégrateurs, les comparateurs à réaction positive, les seuils, les sorties à collecteur ouvert et la commande en fréquence.