Les signaux électriques - Sn-Bretagne

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Les signaux électriques
« Les signaux électriques »
Un signal électrique peut avoir 2 fonctions différentes :

La fonction « alimentation », par exemple, le câble d’alimentation du téléviseur.

La fonction « transport de l’information », par exemple, le câble d’antenne du téléviseur.
 Pour alimenter un appareil électrique, on utilise principalement 2 types de signaux :
 Le signal continu.
 Le signal sinusoïdal.
 Pour transporter une information (radio, téléphone, …), il existe une infinité de signaux électriques.
1) Le signal continu : Ce type de signal est utilisé pour alimenter les circuits intégrés en électronique.
On retrouve les tensions continues grâce aux piles, aux batteries, aux
alimentations stabilisées.
Exemple d’une pile 9V
u(t)
Pour une tension continue : u(t)=9V
9V
La caractéristique électrique d’un
signal continu est sa tension.
0V
t
2) Le signal triangulaire
u(t)
Umax
0V
t
Umin
3) Le signal en dents de scie
UA B
( V)
3
0
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T
t (s) ou (ms)
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4) Le signal carré : Le signal carré est généralement employé pour transporter une information.
u(t)
TH
Umax
Signal carré : TH = TB
TH : Temps à l’état haut
0V
Umin
t
TB : Temps à l’état bas
TB
5) Le signal rectangulaire :
u(t)
TH
TH
Umax
0V
t
Umin
TB
TB
Signal rectangulaire : TH ≠ TB
Le signal rectangulaire est caractérisé par :

tension minimale et tension maximale (Umin et Umax)

sa période T ou sa fréquence F (F = 1/T)

T
TH
son Rapport Cyclique : Rc  H 
(le rapport cyclique est toujours compris entre 0 et 1)
T
TH  TB
6) Le signal sinusoïdal :
Une tension sinusoïdale est très utilisée dans le monde de l’électricité car elle est très facile à créer
(avec les alternateurs dans les centrales nucléaires, par exemple) et présente les avantages suivants :

Il est très facile de modifier (l’augmenter ou la diminuer) l’amplitude d’un signal sinusoïdal avec un
transformateur,

Il est également très facile d’obtenir une tension continue à partir d’une tension sinusoïdale (avec
un pont de diode et des condensateurs).
Toutes ces propriétés intéressantes d’un signal sinusoïdal font que ce signal est toujours utilisé pour le
transport de l’énergie (EDF), pour alimenter des systèmes électroniques.
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Représentation d’un signal sinusoïdal
V
Déterminez d’après le graphique les
grandeurs suivantes :
la période : T = 2ms
l’amplitude : A = 2V
l’amplitude crête à crête : Acc = 4V
Calculez la fréquence : F = 500Hz
1ms
Expression mathématique de la valeur instantanée d’une grandeur sinusoïdale :
L’équation u(t) de la tension sinusoïdale est : u(t) = A x sin(2πxFxt + φ0), avec :
 u(t) : la valeur instantanée en volts
 t : le temps en secondes (c’est l’axe des abscisses)
 A : Amplitude
 φ0 le déphasage à l’origine
 F : la fréquence
exemple : U1(t)15sin( 2 100t  ) Complétez le tableau
4
t[ms]
0
U1(t)
-10,6
Tracer U1(t)
1,25
2,08
3
3,75
4,58
5
6,25
7,08
8,75
11,25
0
7,5
13,4
15
13
10,6
0
-7,47
-15
0
20
30
-10,6 -10,6
Volt
15
4
2
10
20
30
ms
-15
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D’après U1(t) , déterminez : la période : T = 10ms
l’amplitude : A = 15V
la fréquence : F = 100Hz
Relation entre pulsation, fréquence et période
La courbe sinusoïdale vient du sinus du triangle réaliser avec le cercle trigonométrique
Pour les différents instants t (0,1, 2,...), on reporte la projection du vecteur U sur l'axe des ordonnées en
fonction du temps t (croix bleue). Les différents points forment une sinusoïde.
La période T est le temps que met la flèche pour faire un tour. T est la période du signal.
ω = 2πxF :
[rad/s]
ω : la pulsation représente la vitesse angulaire de la flèche. Unités : radians par seconde
7) Les autres formes de signaux :
Il existe une infinité d’autres formes de signaux électriques qui servent pour transporter une
information. Tous ces signaux sont à LA base des signaux vus précédemment. Ils sont tous un mélange de
plusieurs signaux.
UA B
( V)
UA B max
t2
0
t1
t (s)
UA B min
Modulation de fréquence
Modulation d’amplitude
UA B
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: Di f f ér enc e de pot ent i el
v ar i abl e
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8) Caractéristiques des signaux :
Période : La période c’est la durée entre deux instants où la grandeur se reproduit identiquement à
elle-même.
La période (T) s’exprime en seconde (s).
Fréquence : La fréquence est le nombre de période par seconde.
La fréquence (F) s’exprime en Hertz (Hz).
F=1/T
Tension maximale et minimale : Se notent généralement Umax et Umin
Amplitude crête à crête : Se note généralement Ucc. Ucc = Umax - Umin
Amplitude : Se note généralement A. A = Ucc/2
Tension efficace : Se note généralement Ueff. Ueff =
Umax
√2
(tension qui a le même effet qu’une
tension continue)
Valeur moyenne : Se note généralement Umoy ou <u(t)>. La valeur
U( t )
Umax
moyenne d'une grandeur sinusoïdale est toujours
0
nulle.
T
t (s) ou (ms)
Umin
CH1
Nom du signal : U(t)
VOLTS/DIV : 2 Volts/div
A
x
AC  CC 
1  position du zéro du CH1
1
T
CH2
Nom du signal : …………………………
VOLTS/DIV : ………………………………
AC  CC 
2  position du zéro du CH2
Base de temps SEC/DIV : 2 ms/div
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