analyseur de spectre basse-frequence

ANALYSEUR DE
SPECTRE
BASSE-FREQUENCE
Jean-Philippe MULLER
TECHNO-ASSISTANCE 1, rue du Capitaine PILLEUX 68720 ZILLISHEIM France
Tel : [phone] (portable) Fax : [phone]
Site Internet : http ://pro.wanadoo.fr/jean-philippe.muller/

Analyseur de spectre basse -fréquence 2
Sommaire page
I) Intérêt de l’analyseur de spectre 3
II) Principe de fonctionnement 4
III) Schéma structurel 7
IV) Liste des composants 8
V) Exemples de relevés de spectres
• analyse spectrale de signaux périodiques 9
• mesure de la distorsion harmonique 10
• mesure de la distorsion d’intermodulation 11
• spectres de signaux modulés en amplitude 12
• spectres de signaux modulés en fréquence 13
Annexes :
1 - procédure de réglage et de dépannage 14
2 - la carte alimentation 16
3 - schéma de la carte analyseur 17
4 - plan d’implantation de la carte analyseur 18
5 - typon de la carte analyseur 19
6 - sérigraphie de la carte analyseur 20
7 - références des composants et prix 21
Fiche(s) de test en signal impulsionnel

Analyseur de spectre basse -fréquence 3
I) Intérêt de l’analyseur de spectre
Tous les signaux sont constitués de composantes de fréquences et d’amplitudes variées. Un
oscilloscope permet d’observer l’allure temporelle du signal. L’analyseur de spectre permet de connaître
les fréquences et les amplitudes des différentes composantes de ce signal.
Prenons l’exemple simple d’un signal carré de fréquence 1 kHz:
C’est un signal périodique, et sa décomposition en série de Fourier est la suivante:
x(t) = 1,27.sin(ωωt) + 0,85.sin(3ωωt) + 0,51.sin(5ωωt) + 0,36.sin(7ωωt) + ...
Elle montre que ce signal carré contient une infinité de composantes sinusoïdales aux fréquences 1 kHz,
3 kHz, 5 kHz etc. ... d’amplitudes 2,55V, 0,85V, 0,51V etc. ...
Voici le spectre de ce signal enregistré à l’aide de l’analyseur de spectre:
L’intérêt de l’analyseur de spectre est qu’il permet d’analyser aussi un signal de forme quelconque, pour
lequel on ne sait pas calculer la décomposition en série de Fourier.
Ce type d’instrument a des utilisations extrêmement variées dans beaucoup de domaines, et les différents
modèles couvrent une gamme de fréquences très large puisqu’elle va du continu à plus de 100Ghz.
X(t)
temps
+3V
-3V 1ms

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Voici quelques exemples d’utilisation parmi beaucoup d’autres:
- analyse du signal issu d’un capteur installé sur un moteur pour détecter les vibrations
provenant de l’usure des pièces
- examen de la pureté du signal issu d’un oscillateur
- mesure des distorsions harmoniques et d’intermodulation d’un amplificateur
- analyse des signaux modulés en amplitude et en fréquence, mesure du taux de modulation
- analyse de signaux dans le domaine biomédical: ECG, EEG, etc. ...
Dans le domaine des fréquences inférieures à quelques mégaherz, les analyseurs actuels échantillonnent
le signal et calculent la transformée de Fourier discrète par un algorithme de transformée de Fourier
rapide ( FFT ). Pour les fréquences plus élevées, on trouve principalement des analyseurs à changement
de fréquence.
La maquette d’analyseur de spectre présentée dans les pages suivantes est beaucoup plus modeste que
ces réalisations commerciales, mais permet de familiariser nos élèves avec cette notion de spectre en
rendant possibles de nombreuses manipulations dont on trouvera quelques exemples plus loin.
II) Principe de fonctionnement
Le coeur de ce montage est un filtre très sélectif de gain unitaire dont la fréquence centrale fo est
variable de 0 à 10 kHz. A l’aide de ce filtre, on peut analyser tout signal et isoler les différentes
constituantes de son spectre en fréquence.
Voici par exemple l’analyse d’un signal carré à 1 kHz:
La maquette est munie de deux afficheurs à 3 ½ digits qui indiquent en clair:
- la fréquence centrale en kHz
- la valeur efficace S du signal en sortie du filtre
Le balayage en fréquence peut se faire:
- manuellement à l’aide d’un potentiomètre
- automatiquement grâce à un générateur de rampe incorporé
Pour relever un spectre manuellement, il suffit donc de relever les fréquences et les valeurs efficaces des
différentes raies en sortie du filtre

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Dans le cas du balayage automatique, l’analyseur est muni de deux sorties en tension X et Y qui
permettent un enregistrement direct du spectre sur table traçante analogique:
- sortie X : tension proportionnelle à la fréquence fo : X(t) = K.fo avec K = 1V par kHz
- sortie S : tension continue égale à la valeur efficace du signal en sortie du filtre
Les limites d’utilisation de l’analyseur sont:
- la plage d’analyse qui va de quelques Hz à 10 kHz
- la plage de tension d’entrée : le signal ne doit pas dépasser 5V crête
Si la tension d’entrée sort de la plage autorisée, l’utilisateur est averti par l’allumage d’une LED rouge,
pour éviter un relevé de spectre erroné.
Le schéma fonctionnel de la maquette est le suivant:
Le filtre sélectif est construit autour d’un filtre à capacités commutées LMF100CCN qui est une version
améliorée du MF10. C’est un filtre sélectif dont la fréquence centrale est commandée par une fréquence
d’horloge fh .