Nabil AL HOSSRI http://nalhossri.free.fr ______________________________________________________________________________________________ Nabil AL-HOSSRI, département GEII IUT Bordeaux1 E-mail: [email protected] Analyseur panoramique _____________________________________________________ 1 Nabil AL HOSSRI http://nalhossri.free.fr ______________________________________________________________________________________________ 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). Analyseur panoramique _____________________________________________________ 2 Nabil AL HOSSRI http://nalhossri.free.fr ______________________________________________________________________________________________ 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. Analyseur panoramique _____________________________________________________ 3 Nabil AL HOSSRI http://nalhossri.free.fr ______________________________________________________________________________________________ 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 Accueil Analyseur panoramique _____________________________________________________ 4