Principales utilisations DU SPECTRE

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SPECTRE DE FREQUENCES
matériels: TDS1002, GBF8030, Générateur de sinus 8032, platines
INTERET:
En télécom, on veut échanger une information. Cela consiste à transmettre un signal physique
=> pour nous en électronique: Des signaux électriques.
Nous allons voir comment on définit un signal.
COMPETENCES à maîtriser en fin de TP:
+ Etre capable de mesurer le spectre = Définir les fréquences composant un signal.
PREPARATION:
+ Lire le TP
Un signal évolue dans le temps => s(t) visualisable à l’oscilloscope. Sauf cas particulier, les vrais signaux
sont trop compliqués à définir dans le temps.
Exemple: La voix, évolution dans le temps.
On définit alors une autre réprésentation du signal selon sa composition en fréquences: Spectre de
fréquences.
Calcul par la transformée de Fourier,
Mesure par analyseur de spectre.
Dans le cas du TP, l’analyseur de spectre se fera par FFT ( Fast Fourier Transform: Algorithme numérique
de calcul ).
Un signal se décompose en fréquences. Une fréquence seule correspond à un signal sinusoïdal:
Amplitude Amplitude
s(t) = A cos( 2 Fo t ) a pour spectre A
t
Fo f
T= 1/Fo
Representation temporelle Representation fréquentielle: Spectre
I) Spectres de signaux simples

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A) FFT avec le TDS1002
Appuyer sur le bouton MATH pour afficher la FFT.
Q1) Que permet de visualiser l’axe des X ( regarder l’unité qui change en modifiant le calibre horizontal ) ?
Quelle est l’unité de l’amplitude des raies du spectre en Y ?
Comment choisir le signal dont on a le spectre ?
Q2) Que se passe-t-il en temporel si on veut avoir une mesure précise en fréquence = petit calibre en
fréquence ?
Peut-on visualiser de manière exploitable le signal en temporel et le signal en fréquentiel en même temps ?
10 dB/DIV
5 kHz/DIV
Q3) Sur le relevé précédent, combien y a-t-il de fréquences et quelles sont ces fréquences qui s’ajoutent
pour composer le signal ?
Q4) Si on appelle A1, A2, ... les amplitudes de ces fréquences, écrire le signal teporel qui correspond à ce
spectre à l’aide de la réponse précédente.
L’amplitude en dB est AdB = 20 log ( A/Ao ) où Ao est une valeur interne à l’appareil.
Q5) Si A2dB = A1dB – 3 dB, on peut écrire
k
A
A1 2
. Que vaut k ?
( faire le log de cette expression, utiliser les propriétés du log, multilpier par 20 et identifier )
Si A2dB = A1dB – 20 dB, que vaut k ?
Si A2dB = A1dB – 30 dB, que vaut k ?
Q6) Si on considère qu’une raie est négligeable si son amplitude est divisée par 20 par rapport à la plus
grande raie, à combien de dB cela correspond-il ?
B) Signal carré
Injecter un signal carré de fréquence Fo = 1000 Hz, d’amplitude 5V.
CHOIX DU CALIBRE :
Une réflexion est nécessaire pour afficher le bon spectre :
Comme pour un oscilloscope où l’on choisit d’afficher 2 ou 3 périodes,
On prendra un calibre en fréquence de l’ordre des fréquences du signal .
Q7) Tracer le spectre obtenu ( relever les fréquences de 0 à 10 kHz ).
Quel est l’écart entre 2 raies pour un signal carré de fréquence Fo ?
Q8) Modifier la fréquence du carré et regarder l’évolution du spectre.
Quel est l’écart entre 2 raies ?
Q9) Ajouter une composante continue de 2V ( offset ) au signal venant du GBF.
Où a-t-on ajouté une raie de fréquence dans le spectre ?
C) Signal triangle
Modifer le signal du GBF pour avoir un triangle à Fo = 1000 Hz sans offset.
Q10) Tracer le spectre.
Q11) Quel est l’écart entre 2 raies pour un signal triangulaire de fréquence ?
D) Signal sinusoïdal du générateur 8032

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Injecter un signal sinusoïdal de fréquence 1000 Hz, d’amplitude 5V venant du générateur de sinusoïdes
HM8032.
Q12) Tracer le spectre.
Q13) Quel est l’écart entre 2 raies pour ce signal ?
Comparer au spectre théorique.
Q14) A-t-on un vrai signal sinus ? Pourquoi ?
Expliquer pourquoi il y ressemble en temporel en mesurant les amplitudes des raies du spectre.
E) Signal sinusoïdal du générateur 8030
Injecter un signal sinusoïdal de fréquence 1000 Hz, d’amplitude 5V venant du générateur de sinusoïdes
HM8030.
Q15) Tracer le spectre.
Q16) Quel est l’écart entre 2 raies pour ce signal ?
Q17) Le sinus est il plus pur que celui du HM8032 ? Argumenter.
Cette différence est-elle visible en temporel ?
F) Conclusions
Q18) Quelle est l’allure du spectre d’un signal périodique en temporel de fréquence Fo ?
( on appellera 0 la composante continue, Fo le fondamental, nFo les harmoniques )
Q19) Parmi les signaux étudiés, quel est le plus riche en fréquences ?
Comment cela se manifeste-t-il en temporel ?
II) Séquence binaire pseudo aléatoire
On a vu des signaux simples périodiques. On va voir un signal plus riche. Il est fait par une SBPA : C’est une
séquence de 0 et de 1 qui semblent aléatoires mais qui en fait est périodique.
Placer les interrupteurs du générateur d’horloge en positions hautes.
Relier la sortie du générateur d’horloge à l’entrée horloge de la SBPA.
Injecter la sortie SBPA de la platine sur l’analyseur de spectre.
Q20) Tracer le spectre ( on néglige les lobes les moins importants ).
Q21) Quelle est la fréquence entre 2 raies ? En déduire la périodicité de la séquence ?
Q22) Mesurer la période de l’horloge qui pilote la SBPA (durée d’un bit ).
Connaissant la périodicité de la séquence, en déduire le nombre de bits qui la compose.
…0…1… …0…1… …0…1… …0…1… …
durée séquence
= périodicité
III) Filtrage
Le filtre sert à éliminer des fréquences, à en amplifier d’autres.
Il est donc utilise de le décrire en fréquences = Diagramme de Bode

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Le filtre est réalisé sur la platine
R2
C2
C1
_
R1
Ve R3 +
Vs
Q23) Tracer la partie amplitude de la courbe de réponse en fréquence ( diagramme de Bode ).
Q24) On appellera Fo la fréquence de résonance du filtre. A partir du diagramme de Bode, indiquer :
Quelle est sa valeur ? Que vaut la bande passante à –3dB ?
Injecter un signal triangle de fréquence Fo d’amplitude 1 V.
Q25) Tracer la sortie en temporel.
Reagrder l’évolution du spectre en affichant la FFT de la source « entrée du filtre » puis de la source « sortie
du filtre » : Le filtre laisse passer les fréquences dans la bande passante, coupe les autres.
Q26) Expliquer avec les spectres de fréquences ce qui s’est passé ( quelles sont les raies injectées, les raies
atténuées et amplifiées, le spectre de sortie alors obtenu ).
Spectre Filtre Spectre
en entrée en sortie
f f f
Cette opération de filtrage d’un triangle est un moyen simple de réaliser un signal sinusoïdal.
Q27) Quel est le problème ? Quelle est la question précédente où l’on l’a rencontré ?
IV) Phénomène de saturation
Le filtre est aussi un amplificateur ( filtre sélectif ).
Injecter un signal sinus du HM8032 de Fo, fréquence de résonnance du filtre, d’amplitude 1 V.
Augmenter l’amplitude jusqu’à 5 V. L’amplificateur sature.
Q28) Tracer le spectre alors obtenu en sortie de filtre. Comparer avec celui en sortie du début quand l’éntrée
valait 1 V, expliquer.
Q29) Expliquer pourquoi un ampli audio qui sature dégrade l’information.

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MODIFICATION DE SPECTRE DE FREQUENCES
matériels: TDS1002, GBF8030, Générateur de sinus 8032, platines
INTERET:
On a vu qu’une information est matérialisée par un signal physique qui a un spectre.
Pour transmettre on passe par un canal qui a ses caractéristiques ( fréquences atténuées, parasitées, déjà
utilisées,…). On devra donc adapter le signal à transmettre au canal de communication si il y a incompatibilité.
Nous allons voir comment on modifie un signal pour le transmettre.
COMPETENCES à maîtriser en fin de TP:
+ Etre capable de mesurer le spectre = Définir les fréquences composant un signal.
+ Etre capable de comprendre les transformations élémentaires et leur intérêt en fréquentiel.
PREPARATION:
+ Lire le TP
Rappel :
On veut transmettre des signaux qui sont trop compliqués ou impossible à décrire dans le temps. On les
décrit alors en fréquences ( spectre ). Le spectre est obtenu par calcul de FFT ( bouton MATH ).
CHOIX DU CALIBRE :
Une réflexion est nécessaire pour afficher le bon spectre :
Comme pour un oscilloscope où l’on choisit d’afficher 2 ou 3 périodes,
On prendra un calibre en fréquence de l’ordre des fréquences du signal .
I) Transformation de signaux
A) Addition
On peut vouloir faire passer plusieurs signaux sur le même support : Multiplexage.
Un technique très utilisée est le multiplexage fréquentiel : En même temps, on transmet des signaux dont les
spectres sont différents.
Injecter le signal de la SBPA sur une entrée de l’additionneur, les interrupteurs étant en positions basses.
Injecter sur une autre entrée la sortie du HM8030, d’amplitude 2V. On va utiliser la fonction de wobulation
( qui crée un signal en modulation de fréquence au spectre riche comme la SBPA = beaucoup de raies
proches ). Pour cela on appuie sur les boutons en bas à gauche. On balaie de la fréquence START à la
fréquence STOP en un temps TIME. Régler start à 1 kHz, stop à 4 kHz et time à 0,02s.
Q6) Observer le signal en sortie d’additionneur en temporel ( mémoriser avec SINGLE SEQ en 2,5ms/DIV,
puis zoomer en 500 µs/DIV et regarder en se déplaçant avec le bouton POSITION de la partie horizontal ).
Peut-on séparer dans le temps les 2 signaux mélangés partout ?
Q7) Tracer grossièrement le spectre de la SBPA puis par dessus d’une autre couleur le spectre de l’addition
des 2 signaux.
Peut-on choisir un seul signal et pas l’autre en fréquence ( filtre ) ?
Q8) Que se passe-t-il si on veut multiplexer par addition des signaux de spectre identique comme 2 radios ou
2 télés ?
B) Multiplication