Amplificateur opérationnel
Multivibrateur astable

On réalise le circuit de la figure 21 dans lequel R_2 introduit une réaction positive. L'amplificateur fonctionne donc en régime de saturation.

Figure 21
Figure 21[Zoom...]

Principe du fonctionnement

Si V_A > V_B , on a : V_S = + U. Le condensateur C se charge à travers R_3. Le potentiel du point B croît jusqu'à la valeur V_A (R_1 et R_2 forment un pont diviseur), puis le montage bascule et alors V_S = – U.

Le potentiel de A devient négatif et donc : V_A < V_B. Le condensateur se décharge à travers R_3. V_B décroît jusqu'à ce qu'il devienne inférieur à V_A et le montage bascule à nouveau. Le système oscille indéfiniment entre ces deux états (astable) avec une période fonction des valeurs des éléments du circuit.

Cliquez ici pour visualiser le fonctionnement du circuit.

Calcul de la période

On suppose que initialement V_S = + U

V_A = V_S\cdotR_1/(R_1 + R_2) \qquad\qquad (a)

R_3\cdotI' = V_S – V_B = R_3\cdotC\cdotd(V_B)/dt \qquad\qquad (b)

La solution générale de l'équation (b) est : V_B = K\cdotexp(– t/\tau) avec tau = R_3C

Une solution particulière est : V_B = V_S = +U

La solution générale est donc : V_B = +U + K\cdotexp(– t/\tau)

On prend comme origine des temps, l'instant où le système a basculé ; en t = 0 on a : V_B(0) = – V_A = – U\cdotR_1/(R_1 + R_2)

K = V_B(0) – U = – U\cdot[1 + R_1/(R_1 + +R_2)] = – U\cdot(2\cdotR_1 + R_2)/(R_1 + R_2)

V_B=U-U\frac{2R_1+R_2}{R_1+R_2}e^{-\frac{t}{\tau}

En t = 0 : V_B = – U\cdotR_1/(R_1 + R_2) ; V_B croit jusqu'à t = t_1= T/2 pour atteindre la valeur V_B = + U\cdotR_1/(R_1 + R_2)

U\cdotR_1/(R_1 + R_2) = U – U\cdot[(2\cdotR_1 + R_2)/(R_1 + R_2)]\cdotexp(– t_1/\tau)

[(2\cdotR_1 + R_2)/(R_1 + R_2)]\cdotexp(– t_1/\tau) = R_2 /(R_1 + R_2)

(2\cdotR_1 + R_2)\cdotexp(– t_1/\tau) = R_2 \Rightarrow exp(t_1/\tau) = 1 + 2\cdotR_1/R_2

t_1 = \tau\cdotLn\,(1 + 2\cdotR_1/R_2)

L'expression de la période est donc : T= 2R_3C\cdot\,Ln\left(1+\frac{R_1}{R_2}\right)

Remarque

Ce circuit constitue un oscillateur et génère une tension rectangulaire. Ici encore il importe d'utiliser un amplificateur opérationnel dont le temps de montée est le plus petit possible.