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ELECTRONIQUE 2017-2018TP N.06

Echantillonnage d'un signal analogique

OBJECTIFS DU TP

S econ fronter ad esp roblematiquesen re lationa vecl' echantillonnaged 'unsi gnalan alogiquee t l'analyse spectrale numerique. On rappelle qu'echantillonner consiste a prelever la valeur du signal analogiqueua(t) a numeriser pendant un tempsfaible, periodiquement toutes lesTe secondes. On denit la frequence d'echantillonnage parFe=1T e|Nou si llustreronstou td 'abordle p rinciped el 'echantillonnage al 'aided' uns implem ultiplieur avant d'etudier un circuit electronique echantillonneur tres utilise dans l'industrie :le LF 398 appele echantillonneur-bloqueur. 1

Echantillonneur par multiplication :

1.1 Montage :

La theorie indique que le signal echantillonneuech(t) est obtenu par la multiplication du signal analogiqueua(t) par un signal echantillonneur w(t), de periodeTeet d'amplitude unite : u

ech(t) =ua(t)w(t)On considere un signal analogiqueua(t) sinusodal de frequencef0= 1;0kHzet d'amplitude

4,0V emis par un premier GBF1. Regler ce GBF.

La tension w(t) est donnee par un second GBF = GBF2. Il delivre une tension en forme de peignecomprise entre 0V et 4V et de frequenceFe= 10kHz, representee sur la Figure ci-dessus (on choisit cela au lieu de 0V et 1V an que le signal de sortie soit mieux visible sur l'ecran). Le rapport cyclique est :==Te. Regler GBF2 et le rapport cyclique a 10 % (valeur minimale qu'on peut obtenir avec ces GBF). Pour obtenir le signal echantillonneuech(t) on utilise un circuit electronique multiplieur dont le schema de branchement est donne sur la Figure ci- dessus : il faut d'abord relier le multiplieur a son alimentation dediee15Vet samassea la sortie 0V de cette alimentation.

Appel professeur pour verier les reglages

Brancher les GBF en dernier, la masse de ceux-ci etant reliee au 0V de l'alimentation des mul- tiplieurs (c'est la masse commune du montage).MP 1 http ://prepanouar.sup.fr TP-

ELECTRONIQUE 2017-20181.2 Observations :

Observer le signal echantillonne uech(t) a l'oscilloscope. Envoyer ce signal sur la voie EA0 de la carte d'acquisition de l'ordinateur et le visualiser gr^ace au logiciel Latis-pro. On reglera les parametres d'acquisition de Latis-pro : nombre de points N d'acquisition et frequence d'echantillonnageFe(Synch) de sorte a bien vi- sualiseruech(t) et a ne pas ^etre g^ene par l'echantillonnage que fait Latis-pro.

On doit avoirFeFe(Synch).

Visualiser le spectre deuech(t) et mesurer les frequence des dierentesraies. Conclure. 2

Echantillonneur-bloqueur :

Si le signal obtenu est eectivement echantillonne,celui-ci ne reste pas constant pendant un temps susamment long. Or, les circuits electroniques charges de la quantication du signal (places apres l'echantillonneur) necessitent de travailler avec des tensions pratiquement constantes durant chaque intervalleTean de leur attribuer une valeur numerique stable. En pratique, on utilise doncun echantillonneur-bloqueur.

2.1 Principe :

2.1.1 L'echantillonneur : R^ole et Schema de principe :

Un echantillonneur a pour r^ole de prelever regulierement et pendant un tres court instant l'allure du signal analogique a traiter. Un echantillonneur peut ^etre schematise par un simple commutateur commande electroniquement. L'echantillonnage d'un signal analogique peut ^etre vu comme le resultat

de la multiplication de ce signal par un traind'impulsion. Soit :2.1.2 L'echantillonneur-bloqueur :R^ole et Schema de principe

Un echantillonneur-bloqueur a pour r^ole de prelever et de xer regulierement et pendant un court intervalle Tela valeur du signal analogique a traiter. Un echantillonneur peut ^etre schematise par un simple commutateur commande electroniquement suivi d'une capacite.MP 2 http ://prepanouar.sup.fr TP- ELECTRONIQUE 2017-20182.1.3 Montage echantillonneur-bloqueur avec suiveur : Le montage complet est represente sur le schema de la gure ci-dessous. On peut y voir l'en-

semble deselements du montage a savoir le circuit switch realisant l'echantillonnage, puis l'ensemble

condensateur-suiveur et enn l'utilisation qui sera dans ce TP soit l'oscilloscope.2.2 Materiel : Ce TP sera l'occasion d'utiliser le circuit d'echantillon- nage realise par : plaquette Microlab :Ce type de plaquette permet de faire aisement des cir- cuits electroniques a partir descomposants electro- niques de base. Les circuits realises sont tres rapide- ment evolutifs. Mais, evidemment, il est indispensable d'avoir deja utilise la plaquette pour ^etre a l'aise. La pla- quette est presentee sur la photographie de la gure ci- contrs. Sur cette gure on peut voir les lignes electriques

qui correspondent a un seul et m^eme point (noeud).Amplicateur operationnel (AO) :Pour visualiser la tension aux bornes du condensateur, il

n'est pas possible de le relier directement a l'oscilloscope. En eet, le condensateur se decharge dans l'impedance d'entree de l'oscilloscope ce qui nuit a la stabilisation de la tension entre deux impulsions du peigne de Dirac. C'est pourquoi on utilise l'amplicateur operationnel en suiveur. En eet,l'AO possede une tres forte impe- dance d'entree, beaucoup plus forte que celle de

l'oscilloscope.Le condensateur ne se decharge quasiment pas. Le montage suiveur est tres simple a realiser, il sut

de mettre sur l'entree non-inverseuseV+la tension que l'on veut faire suivre si l'on peut dire. On relie ensuite l'entree inverseuseVa la sortie du montage avec un simple l conducteur. On prote alors d'une propriete de l'amplicateur operationnel a savoir"=V+V= 0 (propriete valable lorsque le regime de fonctionnement de l'AO est lineaire, ce qui est le cas ici) pour obtenir V s=V+. C'est cette relation qui donne le nom de suiveur au montage.MP 3 http ://prepanouar.sup.fr TP-

ELECTRONIQUE 2017-2018Quad Bilateral Switch HCF4066BE :Ce circuit integre comporte 4 dispositifs permettant

d'echantillonner le signal, nous n'utiliserons que le pre- mier. Ce circuit ne fonctionne pas sans apport energe- tique, celui-ci sera realise par une alimentation10V par rapporta la masse. Les connexions utiles sont repre-

sentees sur le schema ci-contre.Presentation du montage experimental :Il correspond a l'echantillonnage par l'action du switch,

le signal echantillonne est obtenu en sortie du circuit in- tegre HCF4066BE. An de permettre la suite du traite- ment du signal, on stabilise la tension de sortie du switch gr^ace a un condensateur C = 1 nF que l'on peut voir. On constitue alors un circuit qualie d'echantillonneur- bloqueur. C'est gr^ace a ce condensateur que l'on peut obtenir une tension stable entre deux impulsions du si- gnal d'echantillonnage.2.3 Experiences :

2.3.1 Utilisation du montage complet :

Sur la plaquette Microlab, le circuit complet de la gure ci-contre est utilise avec l'oscilloscope comme utilisation. Comme pour tous les circuits integres, il est indispensable de commencer brancher le switch a l'alimentation10V. Utiliser le generateur pour elaborer, au epart, un signal d'echantillonnage e(t) de frequence f e= 10kHzconstituee d'impulsions de duree 1s, on choisira une amplitude de 5V par exemple ainsi qu'une tension de decalage de 2,5V et un rapport cyclique de 15%. En pratiquant ainsi, on envoie un signal echantillonneur positif toujours compris entre 0V et 5V. Brancher ce signal a la borne prevue sur le bo^tier. Gr^ace a un autre generateur BFCentrad, mettre sur la borne d'entree un signal sinusoidal d'am- plitude 3V et d'o-set 2,5V (compris entre 1V et 4V) et de frequencef0= 200Hz. Le signal echantillonneuech(t) est la tension entre la sortie (OUT) du switch et la masse commune du montage. C'est le condensateur C = 1,0 nF quibloquela valeur deuech(t) durant chaque periodeTe.D'ou l'obtention du signal echantillonne-bloqueueb(t).

Observer sur l'oscilloscope a la fois le signal e(t) servant a l'echantillonnage, le signalechantillonne

u ech(t) et le signal echantillonne-bloqueueb(t).

2.3.2 Consequences de l'echantillonnage :

Dans la suite on poseFNyquist=Fe=2 (frequence de Nyquist). Analyse pourf0< FNyquist: Representer le signal temporel et son spectre en amplitude. Mesurer les frequences des dierentesraiesdu spectre et conclure. M^eme question pourf0=FNyquistpuis pourf0> FNyquist(Franchir la limite du critere de

Shannon).

Mettre en evidence les consequences du non-respect du critere de Shannon.MP 4 http ://prepanouar.sup.fr

TP- ELECTRONIQUE 2017-20183 Lissage du signal : restitution du signal :

On s'interesse a present a la restitution du signal apres traitement. Voici la structure typique d'une

cha^ne d'acquisition/traitement/restitution.En sortie d'un convertisseur numerique-analogique, le signal esten marche d'escalier, comme apres

un echantillonneur-bloqueur. Il faut alors supprimer ces marches d'escalier.

Le signal d'entree est sinuso

dal de frequence 100 Hz, d'amplitude 5Vpp.La frequence d'echantillonnage sera choisie a 1 KHz.

Pour retrouver une sinuso

de parfaite, que faut-il enlever dans le spectre du signal de sortie? Pour ce faire, determiner R an de realiser un ltre passe-bas de frequence de coupure 300 Hz a partir d'un condensateur de 33 nF. Le placer apres la sortie de l'echantillonneur-bloqueur.

Voit-on toujours les marches?

Voit-on toujours les raies dues a l'echantillon-

nage? Si oui, que faut-il faire pour les attenuer encore?

Essayez avec une frequence d'entree de 200Hz

puis 100Hz. Expliquez ce que vous constatez.

On considere a present un signal triangulaire

d'amplitude 3V de frequence 200 Hz.

Eectuez la m^eme demarche que precedemment.

Peut-on obtenir un resultat de lissage satisfai-

sant? Pourquoi?MP 5 http ://prepanouar.sup.frquotesdbs_dbs45.pdfusesText_45

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