OSCILLATEUR A DIPOLE A TEMPS DE TRANSIT

Parmi les différents modèles d'oscillateurs électroniques, le modèle de l'oscillateur à résistance négative est le plus approprié à l'étude des oscillateurs à dipôle à temps de transit. D'après ce modèle, l'oscillateur peut être schématiquement représenté par un dispositif comprenant :

• un circuit de polarisation fournissant la puissance continue d'alimentation ;

  un élément actif, à savoir dans le cas présent un dipôle semiconducteur à injection et temps de transit. Ce composant est capable de convertir la puissance continue en puissance hyperfréquence. D'un point de vue théorique, cette propriété est exprimée par le fait qu'il présente, à la fréquence d'oscillation , une impédance à partie réelle (résistance) négative. En fait, les composants à injection et temps de transit qui nous intéressent ici présentent naturellement une résistance négative dans une large bande de fréquences.

  condition d'oscillation en régime permanent sinusoïdal :

2.2 - INFLUENCE DU CIRCUIT DE CHARGE SUR LE FONCTIONNEMENT DE L'OSCILLATEUR

 Le problème posé au concepteur d'un oscillateur est en général l'obtention d'une puissance alternative monochromatique, associée à un rendement de conversion maximal.

D'après le modèle de l'oscillateur à résistance négative, l'obtention d'une puissance de sortie monochromatique est possible si au moins l'un des deux signaux développés aux bornes du circuit de charge (c'est à dire la tension ou/et le courant) est un signal sinusoïdal pur.

En effet, la puissance étant proportionnelle au produit courant-tension, il suffit que l'un des deux signaux soit purement sinusoïdal pour que la puissance soit monochromatique.

Cette condition peut être remplie par la fonction de filtrage du circuit passif de charge.

Ainsi, l'obtention d'une tension alternative monochromatique aux bornes du circuit de charge nécessite que celui-ci se comporte comme un court-circuit à toutes les fréquences autres que la fréquence d'oscillation désirée.

Ce cas idéal peut être approché en pratique par l'utilisation d'un circuit résonnant parallèle à coefficient de surtension Q élevé.

Dans le cas d'un circuit de charge présentant un coefficient de surtension externe suffisamment élevé, on peut admettre, en première approximation, que la forme d'onde de la tension développée aux bornes du dipôle actif est de la forme :

L'évolution temporelle du courant est quant à elle déterminée par les propriétés électriques dynamiques du dipôle actif.

D'une façon duale, l'obtention d'un courant parfaitement sinusoïdal implique que le circuit de charge se comporte comme un circuit ouvert à toutes les fréquences autres que la fréquence d'oscillation.

Ce cas idéal peut être approché en pratique par l'utilisation d'un circuit résonnant série à coefficient de surtension Q élevé.

 

Dans le cas d'un circuit de charge présentant un coefficient de surtension externe suffisamment élevé, on peut admettre, en première approximation, que la forme d'onde du courant circulant dans le circuit de charge est de la forme :

2.3 - DEFINITION DU MODELE DE L'OSCILLATEUR A DIPOLE A TEMPS DE TRANSIT EN REGIME PERMANENT MONOCHROMATIQUE

Les circuits passifs les plus couramment utilisés en hyperfréquence pour la réalisation d'oscillateurs à temps de transit sont des cavités en structure guide d'onde

Ces circuits présentent un comportement électrique fréquentiel proche de celui d'un circuit résonnant parallèle à coefficient de surtension élevé.

Si l'on suppose ce coefficient de surtension suffisamment élevé, le modèle de l'oscillateur à temps de transit fonctionnant en régime permanent sinusoïdal se réduit à un modèle temporel du composant semiconducteur capable de déterminer la relation instantanée entre le courant parcourant le composant et la tension développée à ses bornes (dont la forme est à priori connue).

Pour un point de polarisation fixé, l'analyse du fonctionnement de l'oscillateur est alors effectuée jusqu'à obtention de formes d'ondes stables, correspondant au régime permanent sinusoïdal.

La décomposition en série de Fourier, à la fréquence d'oscillation, de la tension et du courant ainsi obtenus permet le calcul de la puissance hyperfréquence émise, du rendement de conversion associé et de l'impédance présentée par le composant.

Cependant les résultats obtenus n'ont un sens que si la condition d'oscillation peut effectivement être vérifiée en pratique.

Ceci signifie que le niveau d'impédance de charge à réaliser pour adapter l'impédance présentée par le composant doit être compatible avec la technologie des circuits hyperfréquences.

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