Conditionnement du signal

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1 Lycée Technique Mohammedia Condiionnemen du signal 1 ère STE Unié ATC Professeur : MAHBAB

2 1STE CONDITIONNER UN SIGNAL L.T Mohammedia F.Cours n 12 La chaîne d'acquisiion Prof : MAHBAB Page 1 / 2 1. Inroducion : Un capeur es un disposiif qui ransforme une grandeur physique (lumière, empéraure, pression...) à qui il es soumis, en image élecrique (ension, couran, résisance...). Grandeurs physiques (Ea de la PO) ACQUÉRIR LES INFORMATIONS Capeur Grandeur élecrique (à condiionner pour la rendre exploiable par la PC) Le condiionneur d un capeur a pour rôle principale de produire une ension image de la grandeur physique mesurée à parir de la grandeur élecrique de sorie du capeur. 2. Les foncions de base d'une chaîne d'acquisiion : Signal à condiionner Amplificaion Filrage Mise en forme ou Conversion Unié de raiemen Numérique L objecif du condiionnemen du signal es d adaper le signal élecrique pour lui donner la forme la plus appropriée pour son raiemen. Cee foncion perme donc : Amplifier le signal ; Filrer les signaux ; Converir en signaux numériques les grandeurs élecriques analogiques ; Mere en forme les grandeurs élecriques La foncion Amplificaion : L'amplificaion se résume par une simple muliplicaion du signal d'enrée par un coefficien K. L'amplificaion se jusifie dans les cas où le signal es rès faible. Par exemple, un capeur fourni quelques millivols, alors que l'on a besoin de plusieurs vols. 0,5 v Signal d enrée de l amplificaeur Amplificaion K K = = 5 0,5 5 v K = 10 Signal de sorie de l amplificaeur 2.2. La foncion Mise en forme par comparaeur à un seuil : Cee foncion correspond à une conversion d'un signal analogique en un signal logique. En effe, le comparaeur à un seuil consise à comparer le signal analogique d'enrée par rappor un seuil de référence : Si ce seuil es aein, alors la sorie du comparaeur es à un niveau logique ; Si ce seuil n'es pas aein, alors la sorie du comparaeur es à l'aure niveau logique.

3 1STE CONDITIONNER UN SIGNAL L.T Mohammedia F.Cours n 12 La chaîne d'acquisiion Prof : MAHBAB Page 2 / 2 5 v Seuil Comparaeur Signal d enrée du comparaeur Signal de sorie du comparaeur 2.3. La foncion Filrage : Le filrage consise en une srucure adapée e calculée, qui laissera passer cerains signaux e pas d'aures. Les filres permeen de "neoyer" le signal d un capeur en suppriman (complèemen ou pariellemen) le brui qui y es superposé. Pour qu'un filrage puisse améliorer le rappor signal sur brui, le conenu fréqueniel du brui doi êre disinc de celui du signal d'inérê. Brui Signal neoyé Filre Signal d enrée du Filre Signal de sorie du Filre 2.4. La foncion Conversion AN e Conversion NA : Un converisseur analogique numérique es un disposiif qui perme de converir un signal analogique à son homologue numérique sur n bis. Signal analogique Vin Converisseur analogique numérique (CAN) Mo binaire N sur n bis Les CAN permeen à Unié de raiemen de raier des signaux analogiques. N = Vin K K : résoluion du CAN en V N : en décimal Un converisseur numérique analogique es un disposiif qui perme de converir un signal numérique sur n bis à son homologue analogique. Mo binaire N sur n bis Converisseur numérique analogique (CNA) Signal analogique Les CNA permeen à Unié de raiemen de commander des disposiifs analogiques. = K.N K : résoluion du CNA en V N : en décimal

4 1STE CONDITIONNER UN SIGNAL (amplificaion e mise en forme) L.T Mohammedia F.Cours n 13 Amplificaeur opéraionnel Prof : MAHBAB Page 1 / 7 1. Amplificaeur opéraionnel : 1.1. Inroducion : L'amplificaeur opéraionnel es un composan inégré consiué d'un assemblage de ransisors e de résisances. Il es muni de 3 bornes de raccordemens foncionnelles : deux enrées e e une sorie e Il possède 2 bornes d'alimenaion don la ension es en général symérique ±5v, ±10v, ±12v, ±15v... don le poin médian (0V) consiue la référence des ensions (MASSE). Dans cerains cas l alimenaion peu aussi êre dissymérique, par exemple : 0v5v. N.C TL 081 Vcc S N.C 1.2. Représenaion symbolique : V : ensions d'enrée non inverseuse ; V : ensions d'enrée inverseuse ; : ension de sorie ; Vcc : alimenaion posiive (haue) ; s : alimenaion négaive (basse) ; : ension différenielle ( = V V ) ; i, i : courans d enrée On a : = A. (V V ) = A. A es le faceur d'amplificaion ; L A.OP es donc un amplificaeur différeniel Foncion de ransfer : La ension de polarisaion ±Vcc impose une limie à la ension de sorie : a a a : ension de sauraion haue a : ension de sauraion basse a Vcc e a Vcc Le gain A es rès grand de l ordre de 10 5 à 10 7 La résisance d enrée R E de l A.Op es rès grande de l ordre de 10 5 à On disingue donc 2 régimes de foncionnemen : régime linéaire : a a alors = A. (V V ) = A. régime de sauraion : = ±Vcc lorsque A. Vcc Pour ±Vcc = ±15v e A = 10 5 a Vcc 15v e a Vcc 15v max = 15/10 5 max = 0,15mv 0v max = 15/10 5 max = 0,15mv = max min = 0,30 mv Donc 0 V V V Vcc N.C i i V min V V Vcc s a a max s Vcc Vcc Vcc Exemple d A.Op µa741c TL081C Gain en ension Couran d enrée 80nA 30pA Résisance d enrée Ω Ω On remarque que : i i 0.

5 1STE CONDITIONNER UN SIGNAL (amplificaion e mise en forme) L.T Mohammedia F.Cours n 13 Amplificaeur opéraionnel Prof : MAHBAB Page 2 / Règles de simplificaion pour circuis avec AmpliOp : a =Vcc e a =Vcc La résisance d enrée R E = i i 0 Le gain A= régime linéaire : = 0 V = V régime de sauraion : Si > 0 V V > 0 V > V = Vcc; Si < 0 V V < 0 V < V = Vcc. Vcc Vcc 2. Amplificaeur opéraionnel en mode linéaire (mode d amplificaion) : 2.1. Amplificaeur non inverseur : i i I On donne : = 1 KΩ e = 49 KΩ Expression de Av:.... Expression de : I.. Ce ype de monage perme d amplifier un signal sans inversion 2.2. Amplificaeur inverseur : i i I 30 mv 30 mv...

6 1STE CONDITIONNER UN SIGNAL (amplificaion e mise en forme) L.T Mohammedia F.Cours n 13 Amplificaeur opéraionnel Prof : MAHBAB Page 3 / 7 On donne : = 1 KΩ e = 100 KΩ Expression de Av:.... Expression de :.. Ce ype de monage perme d amplifier un signal en l'inversan 2.3. Amplificaeur suiveur : mv 30 mv i. i 2V 2V.. La valeur du signal de sorie sui celle du signal d enrée 2.4. Addiionneur inverseur : I 1 I 2 1 i 2 i I. On donne : = = 10 KΩ 1 = 2sin (2πf.) 2 = 3 v Expression de Av: Expression de : La ension de sorie es égale à l inverse de la somme des ensions appliquées à chacune de ces enrées.. 2v 2v 3v 1 2

7 1STE CONDITIONNER UN SIGNAL (amplificaion e mise en forme) L.T Mohammedia F.Cours n 13 Amplificaeur opéraionnel Prof : MAHBAB Page 4 / Addiionneur non inverseur : R R 1 2 i i I On donne : = = 10 KΩ 1 = 2sin (2πf.) 2 = 3 v Expression de Av: Expression de : 2v 2v 3v 1 2 La ension de sorie es égale à la somme des ensions appliquées à chacune de ces enrées 2.6. Sousraceur (Amplificaeur différeniel) :.. 1 R On donne : = 10 KΩ e = 20 KΩ 1 = 2sin (2πf.) 2 = 3 v Expression de Av: Expression de : 2v 2v 3v Ce monage perme d'amplifier la différence de deux signaux 1 2

8 1STE CONDITIONNER UN SIGNAL (amplificaion e mise en forme) L.T Mohammedia F.Cours n 13 Amplificaeur opéraionnel Prof : MAHBAB Page 5 / Amplificaeur d insrumenaion à 3 Amplificaeurs opéraionnels : AO 1 AO 2 a R 3 U R 4 U ab R 5 b V S AO Amplificaeur d insrumenaion à 2 Amplificaeurs opéraionnels : R 3 R 4 2 AO 1 AO

9 1STE CONDITIONNER UN SIGNAL (amplificaion e mise en forme) L.T Mohammedia F.Cours n 13 Amplificaeur opéraionnel Prof : MAHBAB Page 6 / 7 3. Amplificaeur opéraionnel en mode non linéaire (mode de commuaion) : 3.1. Le comparaeur à seuil : Le comparaeur es un disposiif permean de comparer deux ensions analogiques e délivrer un signal analogique. Son niveau de sorie es soi posiif 1 logique soi négaif 0 logique ; selon le résula de la comparaison. 2 Signaux analogiques V 1 V 2 Comparer V 1 à V 2 Signal logique Comparaeur analogique 3.2. Comparaeur non inverseur : a. Foncionnemen : Vcc Vcc L enrée inverseuse es prise comme référence. L enrée non inverseuse es le signal d enrée b. Chronogramme e foncion de ransfer pour = 0 : V V Foncion de ransfer Chronogramme pour = V sin (w) c. Chronogramme e foncion de ransfer pour 0 : V V Foncion de ransfer Chronogramme pour = V sin (w)

10 1STE CONDITIONNER UN SIGNAL (amplificaion e mise en forme) L.T Mohammedia F.Cours n 13 Amplificaeur opéraionnel Prof : MAHBAB Page 7 / Comparaeur inverseur : a. Foncionnemen : Vcc Vcc L enrée non inverseuse es prise comme référence. L enrée inverseuse es le signal d enrée b. Chronogramme e foncion de ransfer pour = 0 : V V Foncion de ransfer Chronogramme pour = V sin (w) c. Chronogramme e foncion de ransfer pour 0 : V V Foncion de ransfer Chronogramme pour = V sin (w)