Conditionnement du signal

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1 G. Pinson - Phsique Appliquée Traitement analogique du signal - A6 / A6 - Traitement analogique du signal capteur conditionnement du signal : convertisseur amplificateur, limiteur traitement du signal : filtrage calcul transmission du signal : isolation galvanique modulation/démodulation onditionnement du signal Amplificateur : cf A Limiteur (ou écrêteur) : Exemple : limiteur à diodes Zener + z z Exemple : circuit de protection d'entrée analogique à diodes Transil : onvertisseur tension/courant (= générateur de courant) - charge "flottante" : = E - charge à la masse : = E E charge E charge onvertisseur courant/tension - passif : =. - actif : =.

2 G. Pinson - Phsique Appliquée Traitement analogique du signal - A6 / onvertisseur fréquence-tension (voir aussi : fréquencemètre-périodemètre, A6). Principe : utiser un monostable pour fabriquer un signal MLI (signal à rapport cclique variable), dont on extrait la valeur moenne par filtrage passe-bas. mise en forme monostable filtre passe-bas L'inconvénient de ce circuit est son temps de réponse élevé. onvertisseur tension-fréquence ou O (oltage ontroled Oscillator) 'est un oscillateur (de signaux sinusoïdaux ou non) dont la fréquence est proportionnelle à une tension de commande. éalisé en général par un I spécialisé. f s f s = F 0 + v c avec par ex. : = sinπf s t c f F max F 0 v cmax c Exemple de réalisation pour signaux rectangulaires : le générateur de rampe proposé au A5 est facilement complété par un comparateur pour générer un signal de fréquence variable. Une action sur le seuil de comparaison b permet en outre de régler le rapport cclique de : i H B b s F = τ. ref H B ref i b s ou onvertisseur logarithmique (compresseur de dnamique) On suppose v e > 0 (si v e < 0, il faut placer la diode en sens inverse) i = i i = v e v q. s = k.t q ln v e.i s i I s.e k.t (cf ) = v s v e i i onvertisseur exponentiel (expanseur de dnamique) Idem, en interchangeant et D : = I s e qv e kt ou

3 G. Pinson - Phsique Appliquée Traitement analogique du signal - A6 / 3 alcul A cause de leur manque de précision, les circuits de calcul analogique sont aujourd'hui avantageusement remplacés par des circuits numériques (mais plus complexes à mettre en oeuvre). Opérateurs élémentaires : multiplication par une constante (= amplification), addition, soustraction, intégration, dérivation, retard, comparaison TO : cf A à A4 Multiplieur analogique 'est un circuit tel que : x x kx = k x Exemple : circuit AD 534 Diviseur analogique : Extracteur de racine carrée : x ( 0) x kx S = k. (> 0) kx S = k. aleur absolue (redresseurs sans seuil) Un redresseur en pont réalise, par définition, la fonction = : Mais la tension de seuil des diodes ( 0,7 x dans le cas du pont) entraîne une erreur non négligeable, que l'on peut compenser par un e = montage dont le principe est le suivant : D Ad u d o D c soit : A d D 0,7 A o D c D A o c B o - cc B 7µ Fonctionnement A : D conductrice Fonctionnement B : D bloquée l'aop fonctionne en ampli suiveur. l'aop (en BO) fonctionne en D'où : comparateur non inverseur. D'où : o = D + D bloquée = 0 D en direct o > D > 0 > 0 D en inverse o < 0 o = cc = > 0 < 0 Limite entre ces fonctionnements : D est bloquée tant que : 0 < D 0,7 = u d = o 0,7 < 7µ le seuil de conduction est donc abaissé de 0,7 à 7µ! A d On réalise la fonction valeur absolue avec redresseurs de signes opposés et un sommateur.

4 G. Pinson - Phsique Appliquée Traitement analogique du signal - A6 / 4 Filtrage A cause du manque de précision des composants passifs et des défauts des AOP, les filtres analogiques d'ordre supérieur à sont aujourd'hui avantageusement remplacés par des circuits intégrés spécialisés (cf ci-dessous : filtres à capacités commutées) ou des filtres numériques. Filtres actifs à cellules prédéfinies Il existe de très nombreux schémas prédéfinis de filtres actifs. Quelques exemples de cellules "à source contrôlée" (où les amplificateurs de gain ont une impédance d'entrée infinie) : Passe-bas d'ordre (gain statique ) : Passe-bas d'ordre n : m = 3 ω 0 = ω 0 (seulement si n impair) ord. m, ω ord. m, ω m = 3 ω 0 = Passe-haut d'ordre (gain ) : Passe-bande (gain /3) : 3 m = + ω 0 = + ω = 3 ampli inverseur éjecteur à gain statique unité : ω 0 = m = ( k) ω = 4( k )ω 0 / k P Filtre actif d'ordre à variables d'état : filtre universel incluant intégrateurs et un sommateur : = 3 = m = τ τ p 3 τ 3 = ω 0 = τ p τ τ Passe-bas : sortie en 3 : Passe-bande : sortie en : Passe-haut : sortie en : 3 = e + τ p + τ τ p τ = p + τ p + τ τ p τ = τ p + τ p + τ τ p Filtres à capacités commutées. Exemple : I MF0. e sont des filtres intégrés programmables permettant d'obtenir des gabarits de formes variées avec une bonne précision.

5 G. Pinson - Phsique Appliquée Traitement analogique du signal - A6 / 5 Isolation galvanique Principe : transmettre des signaux (analogiques ou numériques) de mesure, de commande, de données, etc, entre deux équipements isolés. Buts : supprimer les défauts de EM (cf A5), assurer la sécurité électrique (cf ), transmettre des données entre équipements sans référence de potentiel commune ou portés à des potentiels différents, éliminer les tensions de mode commun (cf A). aractéristiques : tension d'isolation (tpiquement qq k), linéarité, débit, consommation,... Isolation apacitive (pour signaux analogiques) Mise en œuvre simple, mais... les signaux transitoires de mode commun ne sont pas éliminés car ce mode d'isolation, par couplage capacitif, est en contradiction avec les principes de EM! barrière d'isolation (souvent, structure métallique du boîtier) équipement équipement Isolation Inductive (pour signaux analogiques essentiellement) Transformateur d'isolement ou amplificateur d'isolement intégrant un transformateur : courants forts : transformateur d'impulsions courants faibles : amplificateur d'isolement équipement équipement modulateur (0 à 5 khz) démodulateur barrière d'isolation Isolation Optique (pour signaux analogiques ou numériques) phototransistor, photodiode,... équipement équipement ou phototriac, photothristor,... Isolation adiofréquence (pour signaux analogiques ou numériques) équipement équipement modulateur HF démodulateur Modulation / démodulation f B34

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