Générateur HF 2

Ce petit générateur de signal produit un signal rectangulaire à une fréquence de quelques centaines de KHz à partir d'une fréquence de référence stable de 100 Hz. Il est basé sur l'emploi d'une PLL (boucle à verrouillage de phase) et de quelques compteurs diviseurs prépositionnables (programmables). Le facteur de division est directement visible sur des roues codeuses, contrairement au générateur HF 1 dont la programmation s'effectue en binaire via des cavaliers.
Remarque : le schéma présenté ici n'intègre pas la base de temps de 100 Hz, mais celle décrite à la page Base de temps 2 convient parfaitement.

Le schéma

Le schéma fait apparaitre deux types de circuits intégrés : des diviseurs programmables de type CD4522 associés à des roues codeuses, et une PLL de type CD4046.

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Principe général

Le principe de base consiste à synchroniser un VCO (oscillateur commandé en tension) sur un signal de fréquence fixe fourni par un oscillateur de référence très stable. La synchronisation, appelée également asservissement (en phase), est assurée par un comparateur de phase. 

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Dans le cas qui nous concerne, le VCO et le comparateur de phase sont tous deux inclus dans un seul et unique circuit intégré de type CD4046. L'oscillateur de référence délivre ici un signal de 100 Hz, dont la phase est comparée à la phase du signal généré par le VCO divisé par un nombre donné. Prenons un exemple concret, où la fréquence de référence vaut 100 Hz et où le diviseur programmable divise par 1000. Dans ce cas, une fréquence de 80 KHz en sortie du VCO (Fvco) devient 80 Hz en sortie du diviseur programmable. Le comparateur reçoit donc deux signaux de fréquence différentes : un signal de 100 Hz issu de l'oscillateur de référence, et un signal de 80 Hz issu du diviseur programmable. Ces deux fréquences sont assez différentes pour que le comparateur de phase ne soit pas content et produise un signal de mécontentement d'autant plus "énergique" que l'écart entre les deux fréquences comparées est grand. Le signal de mécontentement est intégré par un filtre passe-bas, qui le transforme en une tension continue d'erreur, qui elle-même est appliquée au VCO. Comme le VCO est un oscillateur dont la fréquence dépend de la tension de commande qu'on lui applique, il ne reste pas insensible et réagit en conséquence. En l'occurrence, il augmente sa fréquence de sortie jusqu'à ce qu'elle atteigne une valeur qui convient au comparateur de phase. Ce que le comparateur de phase désire, c'est voir deux fréquences identiques et en phase, c'est à dire synchronisées entre elles. Et pour voir 100 Hz en sortie du diviseur programmable, il faut que le VCO oscille à 100 KHz, il n'y a pas de miracle. Le VCO va donc se stabiliser (en un temps plus ou moins long), et produire un signal dont la fréquence est bien stable et dépend de deux paramètres : fréquence de l'oscillateur de référence, et facteur de division du diviseur programmable. Si la fréquence de référence reste à 100 Hz, et que le facteur de division peut être ajusté entre 1000 et 5000, alors la fréquence du VCO pourra être comprise entre 100 KHz et 500 KHz (100 KHz divisé par 1000 = 100 Hz, et 500 KHz divisé par 5000 = 100 Hz aussi).

La base de temps

La base de temps utilisée ici est un signal périodique de 100 Hz, dont l'origine peut être diverse. Voir page Base de temps 2 pour un exemple d'un tel oscillateur.

Le VCO (oscillateur) et le comparateur de phase

Section basée autour du circuit U5
Le circuit intégré U5, un CD4046, inclus l'oscillateur commandé en tension (VCO) et le comparateur de phase. 

Oscillateur : le signal de sortie est disponible sur la broche 4 du CD4046 (VCOOUT), et l'entrée de commande en tension continue se fait sur la broche 9 (VCOIN).

Comparateur de phase : les deux entrées du comparateur de phase correspondent aux broches 3 (COMPIN) et 14 (SIGNIN). La broche 14 (SIGNIN) reçoit le signal de référence 100 Hz, et la broche 3 (COMPIN) reçoit le signal issu du VCO après division par le diviseur programmable. La sortie du comparateur est accessible via la broche 13 (PC2OUT). Notez qu'il existe une autre sortie de comparateur appellée PC1OUT qui n'est pas utilisée ici (en réalité, le CD4046 comporte deux comparateurs de phase qui fonctionnent un peu différement, et que le choix de l'un ou de l'autre dépend de ce que l'on souhaite obtenir au final).

Le diviseur programmable

Section basée autour des circuits U1 à U4
Le diviseur programmable fait ici appel à des compteurs / décompteurs prépositionnables de type CD4522, mais on aurait tout à fait pû employer un autre type de diviseur programmable. Le facteur de division est fixé par des roues codeuses, qui permettent de voir directement la valeur de division en clair. Vous pouvez tout aussi bien utiliser des cavaliers en lieu et place des roues codeuses, il suffit juste de savoir lire et écrire en binaire, ce qui s'apprend assez vite (voir page Diviseurs de fréquence où quelques exemples sont donnés). Le signal issu du VCO (fréquence finale Fvco) est appliqué à l'entrée de la section de division programmable, précisément sur l'entrée d'horloge de U4, qui constitue le premier diviseur à proprement parler (celui qui travaille à la vitesse la plus élevée). Ce premier élément de division délivre sur sa sortie Q3 un signal dont la fréquence est divisée par un facteur dont la valeur est celle affichée sur la roue codeuse SW4. Puis le diviseur U3 procède à son tour à une division qui dépend du nombre affiché sur la roue codeuse SW3. Puis transmission du signal divisé au diviseur U2, puis au diviseur U1, qui terminent le travail. On retrouve finalement le signal "totalement divisé" sur l'entrée COMPIN du comparateur de phase du CD4046, qui va pouvoir ainsi le comparer au signal de référence. 

 

 

 

 

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