A défaut d’un signal triangulaire idéal, le compteur de Johnson permet de produire des marches d’escalier en combinant une moitié de ses sorties à l’aide d’un sommateur résistif.
La ressemblance avec un signal triangulaire correct est certes insignifiante vu le nombre de paliers obtenu avec un compteur en anneau ne comportant que 6 sorties, mais cette tentative se justifie par le nombre de composants supplémentaires exigé qui se limite aux résistances incluses dans 3 boîtiers SIL et rien d’autre.
La hauteur de l’escalier équivaut normalement à la valeur de la tension d’alimentation, pour réduire cette amplitude si besoin est, on peut créer un atténuateur en connectant une (ou plusieurs) des résistances inemployées de chaque boîtier SIL à une masse virtuelle comme le TLE2426 (en bleu sur le schéma). La composante continue du signal en marches d’escalier restera toujours égale à la moitie de la tension d’alimentation quelque soit l’atténuation choisie.
Le câblage en mini-wrapping du générateur triphasé avec compteur de Johnson:
Le schéma du câblage, une résistance libre du sommateur est connectée à la masse virtuelle (Vcc/2) pour réduire l’amplitude du signal à 75% de la tension d’alimentation.
Visualisation d’un des 3 phases en marches d’escalier sur un DSO150 (l’alimentation délivre du 5,2 volts):
La dernière gageure consiste à filtrer les marches d’escalier obtenues en sortie du sommateur avec un minimum de composants supplémentaires afin d’obtenir les 3 signaux sinusoïdaux requis.
Les résistances inemployées des boitiers SIL sont alors mises à contribution dans une structure de Sallen-Key du 3ème ordre pour réaliser les filtres passe-bas. On économise ainsi 6 résistances discrètes.
La fréquence de coupure des filtres est arbitrairement choisie voisine de 600Hz pour le calcul.
• R1 est la résistance équivalente à celle du sommateur et de l’atténuateur (50% d’atténuation avec 3 résistances SIL mises en //), elle est alors de 47kΩ ÷ 6 ≈ 7833Ω.
• R2 correspond à une seule résistance du boîtier SIL donc 47kΩ.
Cette feuille de calcul en ligne permet de proposer successivement différentes valeurs normalisées pour les condensateurs C1 et C2 jusqu’à ce que l’on obtienne les valeurs imposées pour R1 (7833Ω normalisé à 8,2kΩ) et R2 (47 kΩ) et aussi de connaître la valeur correspondante de R3 et C3:
Le schéma du générateur équipé de ses filtres:
Pour éviter que les signaux de 2,5 volts d’amplitude soient déformés par les limitations des amplis OP (Input common-mode voltage range, output voltage swing) quand ils sont alimentés par une tension aussi faible que 5 volts, le quadruple ampli OP choisi ici est du type « rail to rail » aussi bien en entrée qu’en sortie (c’est un MCP6004 de Microchip).
Le quatrième ampli OP délivre une masse virtuelle qui équivaut à la moitié de la tension d’alimentation.
Des amplis OP génériques (LM324, TL084…) sont aussi utilisables à condition d’alimenter le générateur avec une tension supérieure à 6 volts, ce qui implique de remplacer les circuits en logique HC par leurs équivalents en logique CMOS standard.
Ici le quadruple ampli OP est un LM324 alimenté en 12 volts (mesuré à 12,5 volts). L’amplitude des signaux 400 Hz en sortie étant fixée à la moitié de la tension d’alimentation, les marges haute et basse sont donc de 3 volts par rapport aux rails d’alimentation.
Les deux circuits en logique HC ont été remplacés par leur équivalents en CMOS standard sans aucune modification du schéma initial.
Doctsf (Modèles & Marques)
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