L’oscillateur Armstrong est une autre configuration d’oscillateur LC qui utilise un circuit résonateur parallèle pour stocker de l’énergie, alternant entre seulement deux éléments, une inductance (L) et un condensateur (C) pour produire une sortie en forme d’onde sinusale d’une amplitude et d’une fréquence fixes. Le circuit résonateur LC parallèle est le composant central de l’oscillateur Armstrong.

Comme nous le savons déjà, des oscillateurs LC simples à rétroaction peuvent être rendus électriques accordables sur une gamme de fréquences en utilisant une rétroaction régénérative, c’est-à-dire une forme d’amplification avec un réseau linéaire de rétroaction positive construit autour de celui-ci.

Mais pour convertir un amplificateur en oscillateur, nous devons renvoyer ou « alimenter » un pourcentage du signal de sortie vers le côté d’entrée afin d’obtenir les oscillations de l’amplificateur. Il est clair que la quantité de rétroaction utilisée doit être en phase (rétroaction positive) avec l’entrée et suffisamment grande pour surmonter les pertes du circuit afin que les oscillations puissent être maintenues indéfiniment à la fréquence requise.

L’oscillateur LC est principalement un « oscillateur sinusoïdal », également connu sous le nom d’« oscillateur harmonique » générant des ondes sinusoïdales à haute fréquence pour une utilisation dans des applications à fréquence radio (RF) dans la plage de fréquence de quelques kilo-hertz (kHz) à plusieurs centaines de méga-hertz (MHz).

Le circuit amplificateur transistor principal est généralement construit autour d’un transistor à jonction bipolaire (BJT) ou d’un transistor à effet de champ (FET). Notez cependant que dans la plage de fréquence RF, des BJT et FET audio petits signaux ne peuvent pas être utilisés. Des modèles de transistors haute fréquence doivent être utilisés à la place.

Pour que les oscillateurs inductance-condensateur fonctionnent, les trois méthodes de base pour fournir un signal de rétroaction d’un circuit de résonance LC pour piloter un amplificateur sont les suivantes :

Réseaux de Rétroaction d’Oscillateurs LC

Nous pouvons ainsi voir que la configuration Colpitts a le signal de rétroaction pris entre deux condensateurs qui forment un réseau diviseur de tension capacitif. Tandis que la configuration Hartley a le signal de rétroaction pris entre deux inducteurs (ou une prise) pour former un réseau diviseur de tension inductif.

Cependant, la configuration Armstrong (nommée d’après son inventeur, Edwin Armstrong) utilise un type spécial de transformateur haute fréquence avec l’enroulement primaire étant alimenté par le circuit oscillateur, et l’enroulement secondaire fournissant la rétroaction ainsi que le signal de sortie. Autrement dit, le circuit résonant parallèle est couplé électromagnétiquement à l’entrée à travers le transformateur.

Ainsi, dans la configuration de l’oscillateur Armstrong, la rétroaction positive à l’appareil amplificateur est fournie à travers la bobine secondaire hors phase inversée comme montré.

Conception de Base de l’Oscillateur Armstrong

Comme nous pouvons le voir, les résistances, R₁ et R₂ forment un réseau diviseur de tension pour fournir la tension de polarisation de base directe requise, V_B pour la jonction base-émetteur du transistor NPN. La résistance d’émetteur, R_E stabilise la polarisation de l’émetteur. Ainsi, l’amplitude de sortie de l’oscillateur Armstrong peut être modifiée en changeant la valeur de R_E.

Le circuit LC formant la charge est connecté à la sortie du collecteur du transistor, ce qui en fait un oscillateur à collecteur accordé. L’enroulement primaire du transformateur ayant une auto-inductance, L est connecté entre le collecteur et la terre, (0V). Le condensateur, C et l’enroulement primaire forment un circuit résonant parallèle qui, ensemble, déterminent la fréquence d’oscillation.

L’enroulement secondaire est effectivement la « bobine de rétroaction » faiblement couplée à l’enroulement primaire (bobine) via le circuit magnétique pour fournir la rétroaction régénérative nécessaire une fois à chaque cycle pour maintenir les oscillations.

Comme mentionné précédemment, le transformateur est enroulé de sorte que la tension induite dans l’enroulement secondaire soit déphasée de 180° avec la tension à travers le circuit résonant LC primaire, ce qui signifie que le décalage de phase total dans le circuit devient nul.

Ensuite, l’inductance de l’enroulement primaire (L_PRI) avec le condensateur de temporisation (C) forment le circuit résonant qui détermine la fréquence d’oscillation de l’oscillateur Armstrong. La fréquence de sortie résonante, ƒ_o du circuit réservoir est donnée par :

Formule de Fréquence de l’Oscillateur Armstrong

Il est clair que cet oscillateur LC nécessite un décalage de phase pour une rétroaction positive. La différence de phase entre les enroulements primaire et secondaire rend l’utilisation d’un transformateur idéale pour l’obtenir. Mais il y a aussi d’autres avantages à utiliser un transformateur dans la conception de l’oscillateur Armstrong.

• Isolation – Le transformateur fournit une isolation électrique entre le chemin de rétroaction et le circuit résonnant principal.
• Adaptation d’Impedance – Il aide à adapter l’impédance entre le circuit LC et l’entrée de l’appareil amplificateur, assurant un transfert d’énergie efficace.
• Décalage de Phase – Le transformateur peut garantir que le signal de rétroaction soit orienté correctement en phase pour maintenir les oscillations.

Cet agencement de transformateur pourrait également être remplacé par deux bobines enroulées couplées inductivement l’une à l’autre. Dans ce cas, la rétroaction est fournie par ce que l’on appelle communément une « bobine d’excitation«, avec la quantité de rétroaction positive contrôlée par la variation du couplage mutuel, (M) entre les deux bobines.

Cela signifie que la distance peut être modifiée en rapprochant ou éloignant les deux bobines, ou en modifiant le nombre de spires dans chaque bobine pour augmenter ou diminuer le champ magnétique généré. Il est clair que, pour un transformateur, le couplage mutuel est quelque peu fixe puisqu’il est obtenu par l’enroulement des deux (ou plusieurs) bobines sur un noyau magnétique commun.

Exemple No1

Le circuit suivant est utilisé pour concevoir un oscillateur Armstrong. Calculez la fréquence de sortie de l’oscillateur si l’auto-inductance de l’enroulement primaire est de 25mH.

Fréquence d’oscillation :

Ainsi, la fréquence d’oscillation de notre simple exemple d’oscillateur Armstrong est calculée à 10 kilo-hertz, ou 10 kHz.

Résumé du Tutoriel

Nous avons vu dans ce tutoriel que l’oscillateur Armstrong est un type d’oscillateur LC qui peut être utilisé pour générer des signaux oscillants périodiques. Il est relativement simple dans sa conception et fiable dans son fonctionnement, ce qui rend l’oscillateur Armstrong adapté à diverses applications de transmission et réception à fréquence radio (RF).

Nous avons également vu que l’oscillateur Armstrong utilise un transformateur dans sa conception ainsi qu’un appareil amplificateur pour compenser les pertes dans le circuit réservoir alors qu’il stocke alternativement de l’énergie dans le champ électrique du condensateur et le champ magnétique de l’inducteur, garantissant que les oscillations sont maintenues.

Puisque un transformateur se compose de deux bobines, généralement appelées enroulements primaire et secondaire, ces enroulements de bobine sont couplés magnétiquement, ce qui signifie qu’un signal dans une bobine induit un signal dans l’autre bobine.

L’enroulement primaire du transformateur fait partie du circuit résonant LC, qui comprend une inductance, (L) et un condensateur, (C) qui déterminent la fréquence d’oscillation. L’enroulement secondaire fournit le signal de rétroaction à l’entrée de l’amplificateur transistor. Cette rétroaction est « en phase » avec le signal original, ce qui est nécessaire pour maintenir les oscillations.

Ainsi, l’utilisation d’un transformateur dans l’oscillateur Armstrong est intégrale à son fonctionnement, la quantité de rétroaction étant contrôlée par le couplage électromagnétique entre la bobine secondaire de rétroaction et la bobine primaire principale. Le transformateur fournit également une isolation, un ajustement d’impédance et un alignement de phase.

Puisque l’inductance de l’enroulement primaire du transformateur, (L_PRI) est généralement fixe, la fréquence d’oscillation des oscillateurs peut être ajustée en variant la capacitance formant le circuit résonant LC. Mais cela permettra un accord de fréquence sur une gamme limitée de fréquences.

Cependant, en pratique, la conception de l’oscillateur Armstrong est moins courante dans les applications RF que les conceptions Colpitts ou Hartley, en raison de l’utilisation du transformateur haute fréquence spécial qui ajoute un coût et une taille supplémentaire au circuit imprimé.