Analyseur panoramique - Accueil

Nabil AL HOSSRI
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Nabil AL-HOSSRI, département GEII IUT Bordeaux1
E-mail: [email protected]
Analyseur panoramique
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Nabil AL HOSSRI
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Objectifs
L’objectif de ce projet est d’expliquer, d’une manière concrète, la mise en œuvre d’un
principe permettant de fournir sur un écran d’oscilloscope classique les premières raies du
spectre de signaux électriques simples (sinusoïdal, carré, triangulaire), en basse fréquence.
Avec les composants disponibles, cette fréquence peut atteindre au maximum 20 KHz.
Thèmes
Un signal électrique peut être visualisé de façon temporelle à l’aide d’un oscilloscope.
Cependant, les propriétés de certains signaux ou systèmes peuvent être décrites par une
représentation fréquentielle. C’est le cas de la réponse fréquentielle d’un filtre, de la
décomposition en série de Fourier d’un signal périodique, etc. Le rôle de l’analyseur de
spectre consiste donc à réaliser cette visualisation fréquentielle. L’analyseur de spectre
étant constitué d’un ensemble de fonctions bien distinctes, on effectuera donc une étude
théorique (la préparation) et pratique (la réalisation) de chaque partie, pour en déduire
son utilité dans le système et comprendre son fonctionnement global.
Présentation du projet et cahier des charges
Notre analyseur panoramique à balayage repose sur l’utilisation d’un filtre à capacité
commutée. L'objectif est de réaliser d’abord un filtre passe-bande dont on peut faire varier
la fréquence centrale grâce à un signal électrique. Pour cela, on utilise le composant MF10
de National semiconductors.
Un boitier MF10 comporte deux filtres d'ordre 2 ; on peut ainsi mettre ces derniers en
cascade pour obtenir un filtre plus sélectif (d'ordre 4).
Ce filtre a une fréquence centrale f0 dépendant de la fréquence fH d’une horloge externe.
On va donc faire varier linéairement cette dernière au moyen d’un VCO (oscillateur
commandé par tension type 74HC4046) dont la tension de commande est une rampe. Le
circuit MF10 va filtrer le signal à analyser. La réponse en sortie ne sera non nulle que
lorsque la bande passante mobile du filtre rencontrera une des raies spectrales du signal
périodique analysé. On obtiendra ainsi une image du spectre en envoyant la sortie du filtre
sur l'entrée Y d'un oscilloscope, alors que l'entrée X recevra la rampe commandant le VCO.
Ce signal en forme de rampe est proportionnel à fH, qui est lui même proportionnel à la
fréquence centrale du filtre. En mode XY avec persistance de la trace, on relève
l'enveloppe de la partie positive du signal obtenu. On doit se référer à la loi donnant la
fréquence f0 en fonction de fH (horloge), afin de savoir entre quelles valeurs faire varier
fH (fmin et fmax). Dans le souci de bien contrôler et ajuster fmin et fmax, il faudra
concevoir et réaliser un générateur de rampes de composante continue et d’amplitude
réglable.
D’où le schéma-bloc de la Figure (1).
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Figure 1 Synoptique et fonctionnement du système
Synoptique du système
Illustration mettant en évidence le fonctionnement de l'analyseur
MF10
Signal à
analyser
Filtre
passe-bande
dont la
fréquence
centrale f0
est mobile
Es:enveloppe
spectre
Détection
f
du spectre
de crête
(c)
fmax/50
fmax
f0=fH/50
fH
CCT016
CCT013
f/50
(b)
fH
74HC4046
fmin/50
fmin
Spectre
V
0
V.C.O.
Voie Y
T1
vmin
vmax
0
0
V
Es
0
T1
Voie X
CCT014
V
T0
T0
Tube cathodique
Rampes
T2
T2
t
t
(a)
(d)
CCT015
(a) : Rampes
(b) : La fréquence fH à la sortie du VCO varie linéairement avec la tension v appliquée à son entrée.
(c) : Réponse en fréquence du filtre passe-bande à capacité commutée.
(d) : Spectre du signal à analyser.
Figure (1): Synoptique et fonctionnement du système
La base de temps (rampe) doit-être :

en forme de marches d’escalier de 256 paliers,

de composante continue variable (choix de fmin),

d’amplitude variable (choix de fmax),

de période égale à 20ms (échelle horizontale fixe).
D’où le synoptique suivant :
Oscillateur
CCT001
Convertisseur
Compteur
CCT002
N/A
CCT003
Amplificateur
Composante
de gain
continue
variable
réglable
CCT004
Rampe
CCT005
Figure 2 Illustration synoptique du montage générateur de rampe en marches d’escalier.
Les alimentations disponibles : ± 5v.
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Etude
Faire une recherche bibliographique par vos propres moyens (Internet par exemple), afin
d’étudier en vous appuyant sur des calculs :

La simulation d’une résistance par une capacité commutée. On trouve le principe
et quelques applications de ces capacités commutées à l’adresse :
Cliquer (miroir) ici

Le filtre MF10
à capacité commutée, et lui trouver un schéma simple et facile
à simuler. Valider par l’expérience sur une plaquette de test.

Le circuit VCO type 74HC4046. Valider aussi par une expérience.

Le convertisseur numérique analogique. Faire une simulation.
Expliquer en détail le fonctionnement du système et calculer les valeurs de tous les
composants. Faire sous ISIS le schéma électrique fonctionnel complet du montage.
Discuter la possibilité d’améliorer ce système et faire des propositions.
Travail demandé

Câbler le filtre (MF10
) et le VCO sur une plaquette de test. Relever leurs
différentes caractéristiques et faire constater leur bon fonctionnement.

Réaliser la carte de visualisation de spectres sur une plaque double face. Faire
contrôler le bon fonctionnement par l’enseignant responsable de votre projet.
Important pour mener à bien votre projet et gagner du temps
Après réalisation du circuit imprimé, bien vérifier la continuité des pistes à
l’ohmmètre ; il vaut mieux passer une demi-heure à cette opération que trois
heures à dépanner l’appareil par la suite… Si possible, étamer le circuit pour
réduire le risque de micro coupures.
Pour plus d'information n'oubliez pas de passer par la maison bleue
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