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 Le PLL 4046 pour les nuls... Le VCO

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Asl
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MessageSujet: Le PLL 4046 pour les nuls... Le VCO   Jeu 5 Nov 2015 - 17:24

Bonjour,

Dernière partie de notre PLL préféré... le VCO.
Partie gauche du schéma :

Ce circuit est un véritable petit bijou dans sa conception.

A noter que la partie discriminateur et VCO (oscillateur commandé en tension) sont deux choses complètement indépendantes.

Si un jour vous n'avez besoin que d'un VCO, n'hésitez surtout pas, prenez le 4046.
Pas cher et très pratique d'emploi.

Et c'est ce que nous allons constater...

Principales caractéristiques (pour plus de détails, se référer au data-sheet) :

Alimentation : de 3v à 15v

Fréquence max : de 500khz à supérieure à 2,5Mhz (suivant les modèles). Attention quand même, arrivé dans les hautes fréquences, les fronts des créneaux ne sont pas trop verticaux

Rapport cyclique : 50/50

Impédance d'entrée : supérieure à 5MΩ

Diode zener disponible : pour usage externe en pin 15. Tension 7v environ

Composants externes nécessaires : un condensateur, une résistance et une autre optionnelle

En appliquant une tension à l'entrée VCOin (pin 9) nous recueillons des créneaux en VCOout (pin 4) d'une fréquence proportionnelle à cette tension.

Voyons d'abord la tension :
La plage d'entrée du VCO s'étend de 0,9v à Vcc-0.9v (attention, suivant les modèles, cette tension peut varier - se référer au data-sheet).
En dessous et au dessus de ces tensions les fréquences ne sont pas garanties (saturation).

Ce qui nous donne pratiquement une plage de tension d'entrée, si alimenté en 12v, de : 10,2v.

Dans la pratique, nous utiliserons 10v.

Puis la fréquence :
C'est là que des réglages préalables s'imposent.
Erratum :

Sur le schéma ci-contre il manque la connexion à la masse de l'entrée INH (pin 5) qui est l'entrée inhibit du VCO.

Sans cette masse, le VCO est hors fonction.

Et je n'ai pas refait le schéma..
. Embarassed
Pour le réglage de ces fréquences nous avons besoin de deux ou trois composants suivant les cas.
Composants que nous nommons : C1, R1 et R2.

Nous avons deux fréquences à définir : Fmin et Fmax.
Une troisième, F0, est implicite car elle est toujours égale à (Fmax-Fmin)/2, c'est la fréquence centrale.
F0 sert de repère pour référencer la fréquence de travail dans presque toutes les applications.

Mais, pour nos applications sur le Forum, nous n'aurons normalement pas besoin de nous y référer.

Ce qui veut dire, qu'une fois les valeurs des composants définis, la fréquence du VCO sera de Fmin si 0,9v est appliqué à son entrée, et de Fmax si une tension de Vcc-0,9v est à son entrée.

Autre chose, il est aussi possible de définir un offset pour Fmin.

C'est-à-dire que si nous choisissons de travailler sans offset (R2 est dans ce cas absente), Fmin commencera au minimum (quelques hertz) :

Dans ce cas, nous réglons la plage de fréquence par R1 et C1 uniquement (R2 n'est pas connectée).

Si nous choisissons un offset, Fmin ne commencera que plus haut en fréquence.
Cette plage d'offset est alors réglée par R2 et C1 :

Et toujours, nous réglerons la plage de fréquence Fmin-Fmax par R1 et C1.

Voyons maintenant comment déterminer ces valeurs.

Le filtre en sortie peut être connecté soit à PC1, soit à PC2out.

Comme nous utiliserons PC2out, c'est sur lui que porte l'explication.

Les abaques utilisées sont ci-dessous.
Je les ai mises en spoiler pour gain de place.
Il suffit de cliquer sur les titres pour les afficher.

Abaque n° 1 :
 

Abaque n° 2 :
 

Abaque n° 3 :
 

VCO sans offset (sans R2) :
a) Déterminez votre Fmax.
b) Calculez F0 par : F0 = Fmax / 2
c) Utilisez l'abaque n°1 pour déterminer R1 et C1 avec F0.

VCO avec offset :
a) Déterminez Fmin et Fmax.
b) Utilisez l'abaque n°2 pour déterminer R2 et C1 avec Fmin.
c) Calculez le ratio (Fmax/Fmin).
d) Utilisez ce ratio (Fmax/Fmin) avec l'abaque n°3 pour déterminer le ratio (R2/R1), ce qui vous donnera R1.

Plages des valeurs pour R1, R2 et C1 la plupart du temps conseillées par les constructeurs :
Min
Max
R1
3kΩ
300kΩ
R2
3kΩ
300kΩ
C1
40pF
illimité

Et très souvent, R1 et R2 sont des potentiomètres multi tours afin de pouvoir affiner le plus exactement les fréquences.

Toujours est-il que maintenant, le VCO du 4046 n'a plus de secret pour nous bounce sunny

@++

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Asl
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MessageSujet: Re: Le PLL 4046 pour les nuls... Le VCO   Mer 30 Déc 2015 - 14:56

Bonjour,

L'ensemble des deux sujets concernant notre 4046 préféré  Razz  en pdf :

A diffuser sans modération Twisted Evil  Laughing

A télécharger : Le 4046 pour les nuls.pdf

@++

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tom
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MessageSujet: Re: Le PLL 4046 pour les nuls... Le VCO   Mer 30 Déc 2015 - 16:07

Excellent!

On peut faire un super détecteur de métaux avec ce composant! lol

Mais bon... pour le moment il sera destiné a une chose plus importante que le loisir! Very Happy
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Asl
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MessageSujet: Re: Le PLL 4046 pour les nuls... Le VCO   Mer 30 Déc 2015 - 16:42

Bonjour Tom,

Oui, excellent ce que tu dis.

En effet, un détecteur de métaux a besoin d'un discriminateur de phases, de fréquences pour être plus exact mais c'est la même chose à un instant t.

Et le 4046 pourrait parfaitement remplir ce rôle il me semble.

@++

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JCV
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MessageSujet: Re: Le PLL 4046 pour les nuls... Le VCO   Mar 5 Jan 2016 - 10:36

Bonjour à tous,

Essai pratique du VCO du 74HCT4046.

Montage juste de la partie VCO avec les valeurs suivantes (composants en stock):

C1 = 22nF
R1 = 10k
R2 = 22k

Ce qui donne comme valeurs théoriques:

Fmin ~ 22kHz
Fmax ~ 2.2 x 22 = 48kHz

On connecte un potentiomètre de 10k entre masse et +5V vers l'entrée VCOin, et on mesure la fréquence sur VCOout.

à VCOin = 1.0V, F mesurée = 24.7kHz (proche de Fmin théorique)
à VCOin = 2.5V, F mesurée = 36.2kHz
à VCOin = 4.0V, F mesurée = 53.0kHz

On voit aussi que le rapport Fmax / Fmin est respecté : 53.0 / 24.7 = 2.15

Mesure de linéarité:

Fcentre - Fmin = 11.5 kHz
Fmax - Fcentre = 16.8 kHz

Non-Linearité = 8%

Ce qui semble moins linéaire que prévu, mais nous ne somme pas dans une application de modulateur ou démodulateur.

Note: les fréquences Fmin et Fmax sont données pour Vin à 1V et (Vcc-1V) selon ce qui est spécifié dans la datasheet.

A+
JCV


Dernière édition par JCV le Dim 17 Jan 2016 - 16:26, édité 1 fois
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Asl
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MessageSujet: Re: Le PLL 4046 pour les nuls... Le VCO   Mar 5 Jan 2016 - 13:14

Bonjour Jean-Claude,

Excellent ce que tu nous fais là !  bounce

Et confirmation que ce que disent les datas-sheet n'est pas trop faux.

Mais oui, je ne rigole pas, par exemple la note d'appli de Texas Instruments publie un bloc diagramme de leur 4046 totalement faux pour ce qui est de PC2.
A qui se fier ?  Laughing


Quant à la "précision", ce que tu constates est exact.
Définir au hertz près est impossible et le circuit n'a pas été fait pour cela.

Son utilisation la plus fréquente (99,99999%) c'est la poursuite de deux fréquences, en général pour une multiplication de fréquence.
Et dans ce cas, il y a réellement une poursuite avec génération d'une tension d'erreur, qui passe en plus ou en moins, et qui recale en permanence la fréquence.
On règle F0 à environ la fréquence de travail et Fmin et max pour avoir une petite marge et basta.
La précision ne s'impose pas puisque tout se recale automatiquement tout seul sur la fréquence de référence.

Pour nous c'est un tout petit peu différent car l'écart de phase ne peut fonctionner que dans un sens.
Nous ne pourrons jamais avoir un signal indiquant une avance de phase par rapport à ce que nous envoyons sur le drain du mosfet. Toujours un retard.
On ne peut donc pas exploiter tous les avantages de ce circuit.
Dommage.
Mais on va contourner...  Laughing

@++

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