STI2D SIN. TP : Etude du Filtre ADSL. Filtre ADSL Préambule : Mise en place du système de l ADSL ADSL. Downstream. Upstream POTS. 4 khz 20 khz 200 khz

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1 STI2D SIN TP : Etude du Filtre ADSL Nom :. Filtre ADSL Préambule : ADSL Upstream Downstream POTS 4 khz 20 khz 200 khz 1,1 MHz Mise en place du système de l ADSL Le premier canal est utilisé par la téléphonie analogique. Appelé POTS (Plain Old Telephone Service), il constitue l'usage "normal" de la ligne téléphonique. Le signal vocal s accommode d une bande passante (distance entre deux fréquences) assez faible, de 400 Hz à 4 khz. Une sorte de "no man's land" est réservée entre 4 khz et 20 khz, de manière à pouvoir facilement isoler le POTS de tout ce qui va se passer au-dessus (ADSL pour connexion à l Internet). Le fameux "splitter", filtre à placer sur chaque prise téléphonique, est là pour séparer les deux services (téléphonie et Internet). Filtre ADSL (Fiche gigogne mâle / femelle) Filtre ADSL (Composé de résistances, condensateurs, et inductances) Enseignement de spécialité TP Filtre ADSL Page 1/10

2 Réalisation d un filtre séparant les deux services POTS et ADSL La fonction d un filtre (de fréquence) passe bas sert à assurer la suppression des signaux de fréquence non désirée. Pour le filtre passe bas, il sert à supprimer les signaux destinés au modem ADSL. Donc le filtre passe bas ne doit laisser passer que les basses fréquences. Schéma de principe : R ENTREE Ve SORTIE Vs C Le filtre passe bas est composé d une résistance en série entre l entrée et la sortie. Il y a aussi un condensateur placé côté sortie en parallèle entre les deux fils téléphoniques (la paire). Représentation fréquentiel du filtre : Le gain G est fonction de la tension de sortie (Vs) divisée par la tension d entrée (Ve). G = 20 Log Vs/Ve. Le gain se note en décibel (db). La fréquence (f) en Hz. La fréquence de coupure (fc) en Hz. G fc f 1 A partir de la fréquence de coupure (fc), le fc 2 π R C gain diminue fortement. Calcul de la fréquence de coupure Atténuation du gain. A la fréquence de coupure (fc), on observe une atténuation du gain de 3 db. Les filtres du premier ordre (RC dans cet exemple) ont une atténuation de : 20 db / décade ou 6 db / octave. Octave, décade Une octave est l écart entre f et 2f. Une décade est l écart entre f et 10f. L échelle des fréquences est logarithmique. Sur l échelle logarithmique, la distance entre 1 Hz et 10 Hz est la même qu entre 10 Hz et 100 Hz. Enseignement de spécialité TP Filtre ADSL Page 2/10

3 Q1. Quel est l appareil qui est connecté en sortie du filtre passe bas? En imposant la valeur du condensateur (C=10 nf) et pour la valeur de fc = 20 khz. Q2. Calculer la valeur de R. R= Q3. Donner le code des couleurs de R. a) Théorique : R = b) normalisée série E12 : RN = c) utilisation de résistances de 390 Ω : Pour réaliser la représentation fréquentiel de votre filtre, vous allez dessiner le montage où il y aura en entrée du filtre un générateur de basse fréquence (GBF) et en sortie un oscilloscope. Le GBF aura comme fonction une sinusoïde de niveau (Level) 10 V crête à crête. Sur la voie 1 (CH1) de l oscilloscope, vous placerez la tension d entrée du filtre (Ve). Et sur la voie 2 (CH2) de l oscilloscope, vous placerez la tension de sortie du filtre (Vs). Q4. Dessiner le montage. Oscillo CH1 CH2 GBF Masse 0V Appeler le professeur pour vérifier le dessin du montage. Validation : Q5. Réaliser le montage. Appeler le professeur pour vérifier le montage. Validation : Q6. Régler l oscilloscope, afin qu il mesure la tension crête à crête de CH1 et CH2. Expliquer votre mode opératoire. Enseignement de spécialité TP Filtre ADSL Page 3/10

4 Q7. Compléter le tableau de mesure. f (Hz) G (db) f (Hz) G (db) Q8. Tracer le gain en fonction de la fréquence sur une feuille semi logarithmique. Q9. Déterminer graphiquement la fréquence de coupure. L ordre du filtre : Une pente du gain de 20 db / décade correspond à un filtre du premier ordre. Une pente du gain de 40 db / décade correspond à un filtre du deuxième ordre. Q10. Déterminer l ordre du filtre. Justifier votre réponse sur le graphique et sur la feuille. Q11. Quel est l intérêt d un filtre d ordre deux par rapport à un filtre d ordre un? Enseignement de spécialité TP Filtre ADSL Page 4/10

5 Etude du Filtre ADSL Q12. Réaliser le branchement en utilisant les prises gigognes, mâle pour l entrée (Ve) et femelle pour la sortie (Vs). Appeler le professeur pour vérifier le montage. Validation : Les réglages du GBF et de l oscilloscope restent les mêmes. Q13. Réaliser la même campagne de mesure. F (Hz) F (Hz) Mais cette fois, vous utilisez le logiciel EXCEL pour calculer le gain et tracer la courbe Gain en fonction de la fréquence. Q14. Rentrer les valeurs de vos mesures dans le logiciel EXCEL de façon horizontale. Q15. Ecrire la formule afin de calculer le gain à l aide du logiciel EXCEL. Q16. Réaliser la courbe Gain en fonction de la fréquence. Pour cela, il vous faudra prendre : Un graphique de type : Nuage de points X/Y. (Nuage de points avec courbes lissés) Puis sélectionner des données dans série Ajouter : nom de la série : filtre ADSL Valeurs de la série des abscisses X : vos données «fréquence» Valeurs de la série des données Y : vos données «G» Puis sur le graphique, clic droit sur l axe des X, sélectionner : Mise en forme de l axe, cochez -> Echelle logarithmique. Enseignement de spécialité TP Filtre ADSL Page 5/10

6 Pour les filtres du deuxième ordre avec un gain supérieur à 0 db, la fréquence de coupure se situe au maximum du gain. Q17. Déterminer graphiquement la fréquence de coupure. Q18. Déterminer l ordre du filtre. Justifier votre réponse sur le graphique et sur la feuille. Q19. Déterminer le type du filtre ADSL : passe bas ou passe haut. Justifier votre réponse. Q20. Ce type de filtre est-il bien adapté pour ici? Utilisation de mode évolué du GBF Avec MODUL. «Lin swp», le GBF permet de tester rapidement un filtre. Ce mode permet de faire varier la fréquence d une fréquence f1 à une fréquence f2. Pour utiliser le mode MODUL. «Lin swp» Appuyer sur MODUL. Sélectionner «Lin swp» -> VALID START -> Fréquence de début (f1) : 1 khz -> VALID STOP -> Fréquence de fin (f2) : 1 MHz -> VALID RATE -> en combien de temps : 05,00 s -> VALID Pour arrêter appuyer sur MODUL. Q21. Régler le GBF. Enseignement de spécialité TP Filtre ADSL Page 6/10

7 Pour visualiser les variations de la fréquence à l aide de l oscilloscope sans avoir besoin de changer le calibre horizontal, vous allez utilisez le mode MATH et sélectionner l opération FFT. Pour simplifier, on pourra dire que cette opération indique la fréquence de la sinusoïde sur l axe horizontal et l amplitude en décibel sur l axe vertical. Les réglages des calibres : Horizontal : 125 khz / div. Vertical : 5 db / div. MODE Opération La sinusoïde est représentée par ce trait qui indique sa fréquence en Hz et son amplitude en db Calibre vertical Calibre horizontal Q22. Effectuer les différents réglages sur l oscilloscope. Q23. Observer la voie 1 (CH1), et conclure sur l amplitude en fonction des différentes fréquences. Q24. Observer la voie 2 (CH2), et conclure sur l amplitude en fonction des différentes fréquences. Enseignement de spécialité TP Filtre ADSL Page 7/10

8 Etude du filtre passe haut La fonction d un filtre (de fréquence) passe haut sert à assurer la suppression des signaux de basse fréquence non désirée. Donc le filtre passe HAUT ne laisser passé que les HAUTES fréquences. Schéma de principe : ENTREE Ve C R Vs SORTIE Le filtre passe haut est composé d un condensateur en série entre l entrée et la sortie. Il y a aussi une résistance placé côté sortie en parallèle entre les deux fils téléphoniques (la paire). Représentation fréquentiel du filtre : G Vous allez effectuer le même mode opératoire que précédemment, afin de visualiser rapidement la différence entre un filtre passe haut et un filtre passe bas. Vous gardez les mêmes composants. La fréquence de coupure reste la même. Q25. Dessiner le montage. fc f Oscillo GBF CH1 CH2 Appeler le professeur pour vérifier le dessin du montage. Validation : Q26. Réaliser le montage. Appeler le professeur pour vérifier le montage. 1. Validation : Masse 0 V Enseignement de spécialité TP Filtre ADSL Page 8/10

9 Pour utiliser le mode MODUL. «Lin swp» Appuyer sur MODUL. Sélectionner «Lin swp» -> VALID START -> Fréquence de début (f1) : 100 Hz -> VALID STOP -> Fréquence de fin (f2) : 10 khz -> VALID RATE -> en combien de temps : 05,00 s -> VALID Pour arrêter appuyer sur MODUL. Pour visualiser les variations de la fréquence à l aide de l oscilloscope sans avoir besoin de changer le calibre horizontal, vous allez utilisez le mode MATH et sélectionner l opération FFT. Pour simplifier, on pourra dire que cette opération indique la fréquence de la sinusoïde sur l axe horizontal et l amplitude en décibel sur l axe vertical. Les réglages des calibres : Horizontal : 1,25 khz / div. Vertical : 5 db / div. Q27. Observer la voie 1 (CH1), et conclure sur l amplitude en fonction des différentes fréquences. Q28. Observer la voie 2 (CH2), et conclure sur l amplitude en fonction des différentes fréquences. Q29. Conclure sur la différence entre un filtre passe haut et un filtre passe bas. Enseignement de spécialité TP Filtre ADSL Page 9/10

10 Suite de l étude du filtre passe haut Vous allez représenter la fonction de transfert de ce filtre, à l aide du logiciel EXCEL. Le mode opératoire est le même que pour l étude du filtre ADSL. Les réglages du GBF et de l oscilloscope redeviennent les mêmes que pour l étude du filtre passe bas. Q30. Réaliser la nouvelle campagne de mesure. F (Hz) F (Hz) Utilisez le logiciel EXCEL pour calculer le gain et tracer la courbe Gain en fonction de la fréquence. Q31. Rentrer les valeurs de vos mesures dans le logiciel EXCEL de façon horizontale. Q32. Ecrire la formule afin de calculer le gain à l aide du logiciel EXCEL. Q33 Réaliser la courbe Gain en fonction de la fréquence. Le mode opératoire est le même que pour l étude du filtre ADSL. Pour ce filtre, la fréquence de coupure se situe à 3 db du gain. Q34. Déterminer graphiquement la fréquence de coupure. Q35 Déterminer l ordre du filtre. Justifier votre réponse sur le graphique et sur la feuille. Q36 Donner la pente par octave pour le filtre passe bas que vous avez construit et du filtre ADSL. Puis déterminer l ordre des filtres sur le synthétiseur. Enseignement de spécialité TP Filtre ADSL Page 10/10