Le conditionnement du signal

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Le conditionnement du signal
1- Introduction :
L’objectif du conditionnement du signal est de mettre en forme les informations généralement issues des
capteurs pour les rendre exploitable pour l’unité de traitement.
Ce conditionnement est souvent assuré par un composant électronique qui se nomme :
Amplificateur Linéaire Intégré (ALI)
Exemple : Capteur de luminosité d’un store automatisé :
 Un store automatique est sensible à la présence ou à l’absence de soleil : il doit descendre si
l’intensité lumineuse dépasse un certain seuil, remonter si elle repasse en-dessous de ce seuil.
 Le capteur de lumière nécessaire à cette fonction est une photorésistance. Cette photorésistance
laisse circuler un courant d’autant plus grand que la luminosité est importante.
 Ce courant est l’entrée de la fonction "Détecter un niveau de luminosité", qui fait apparaître
plusieurs fonctions électroniques classiques dans toute chaîne d’acquisition de mesure : filtrage,
amplification, mise en forme (comparaison et adaptation) :
Compétences attendues:
o à partir du cahier des charges des associations de fonctions de l'électronique réalisant un conditionnement du signal issu d'un capteur, un
dispositif de mesures ou une conversion de grandeurs,
o donner la fonction de transfert d’un filtre analogique,
o valider son comportement (étude logicielle)
ALI
Conditionnement du
Signal
/
Mise en forme du
signal

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 Le problème est que le capteur de lumière est peu
sensible, c'est-à-dire qu’une forte variation de
luminosité ne produit qu’une faible variation de la
tension image V
1
. Pour rendre la détection plus
sensible, il faut augmenter la pente ∆tension / ∆lumière
en amplifiant V1, c'est-à-dire en le multipliant à une
constante.
 Puisque le signal de sortie de la chaîne « détecter un niveau de luminosité » doit être binaire, il faut
ensuite transformer la tension analogique V
3
en une tension logique V
5
. Cette conversion
analogique → logique est une mise en forme. On utilise un comparateur à hystérésis dont la
caractéristique est la suivante :
 On voit ainsi que le même composant, un ALI (Amplificateur Linéaire Intégré), permet de réaliser
deux fonctions de conditionnement totalement différentes.
La fonction de conditionnement permet donc :
- Adapter le signal électrique pour lui donner la forme la plus appropriée pour son traitement ;
- Amplifier le signal ;
- Filtrer les signaux (suppression du bruit et des fréquences parasites) ;
- Linéariser les signaux sur une étendue de mesure ;
- Convertir en signaux numériques les grandeurs électriques analogiques ;
1-1 Symbole et brochage : ALI : Amplificateur Linéaire Intégré
Norme française Norme américaine brochage
+
-
S
+Vcc
-Vcc
+
-
+Vcc
-
Vcc
S
entrées
alimentation
sortie

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1-2 Caractéristique de transfert d’un ALI :
La tension de sortie est limitée en théorie à l’intervalle [+Vcc;-Vcc], en réalité, à [+Vsat;-Vsat].
(Vcc – Vsat) est appelée tension de déchet (de l’ordre de 1 à 2 V)
L’ALI fonctionne donc en amplificateur pour :
||
Cette tension est très faible.
Un ALI n’est donc jamais utilisé en boucle ouverte
pour amplifier un signal.
Nécessité de réaliser une boucle de réaction.
Soit le montage ci-dessous avec une contre
réaction :
On peut donc modéliser le fonctionnement du montage ci-dessus par :
Or A
vd
étant très grand on en déduit :
On distinguera par la suite deux modes de fonctionnement de l’ALI :
 Fonctionnement en non linéaire : saturation
 Fonctionnement en linéaire : amplification
. .
Tension différentielle
:
ε
= V
+
-
V
-
L’ALI se comporte comme un amplificateur
A
vd
: amplification en mode différentiel (ex 10
5
)
A
vc
: amplification en mode commun (environ 1)
Donc :
.
.
Symbole
d’amplification
Valeur
d’amplification
ε
V
S
+Vcc
-
Vcc
Zone linéaire
Zone non linéaire
On a
:
.
Et : 
.
.
La loi d’entrée/sortie est donnée par
:
.
Donc :
.
.

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1-3 Caractéristiques d’un ALI parfait :
2- Montage ALI en régime non linéaire :
Différents montages d’ALI en Régime Non Linéaire : RNL
Les comparateurs : Permettent de comparer un signal à une ou plusieurs tensions de références.
Les multivibrateurs : Permettent de générer des signaux périodiques ou non.
2-1 Les comparateurs :
On distingue 2 types de comparateurs :
- comparateurs simples : Seuil de comparaison unique;
- comparateurs à hystérésis : Seuil de comparaison double.
2-1-1 Les comparateurs simples :
 Montage comparateur simple non inverseur
-
Impédance d’entrée différentielle infinie Ze :
→ i
+
= i
-
= 0 et Ze = Ve / Ie
- Impédance de sortie nulle Zs :
→ V
s
indépendant du courant de sortie
Zs = Vs / Is
- Amplification différentielle A
vd
infinie :
→ En régime linéaire ε = 0
→ V
+
= V
-
Si V
e
> 0 =>
ε
> 0 => V
s
= +V
cc
Si V
e
< 0 => ε < 0 => V
s
= -V
cc
Conditions
:
Pour qu’un ALI fonctionne en Régime Non Linéaire, il faut :
- Pas de boucle de contre réaction (liaison entre la sortie et l’entrée -) ;
- Possibilité d’une réaction positive (liaison entre la sortie et l’entrée +).
Étude de la tension de sortie Vs :
- Si ε > 0, alors Vs = + Vcc
- Si ε < 0, alors Vs = - Vcc

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 Montage comparateur simple inverseur
Dans ces 2 montages, le seuil de comparaison est la valeur 0.
Il est tout à fait possible de comparer le signal Ve à un autre signal noté V
ref
.
 Montage comparateur simple non inverseur avec Vref > 0 :
2-1-2 Les comparateurs à hystérésis :
 Montage comparateur à hystérésis non inverseur :
Or Vs = +V
cc
si ε > 0, donc pour :
. .
>0
Soit donc pour :  > .
Or Vs = -V
cc
si ε < 0, donc pour : 
. .
<0
Soit donc pour :  < .
!
Si V
e
> V
ref
=>
ε
>
0 => V
s
= +
V
cc
Si V
e
< V
ref
=> ε < 0 => V
s
= -V
cc
. .
En appliquant le théorème de Millman au point de
l’entrée non inverseuse, on obtient :
V
e
V
s
V
cc
-V
cc
V
h
V
b
Si V
e
> 0 =>
ε
<
0 => V
s
=
-
V
cc
Si V
e
< 0 => ε > 0 => V
s
= +V
cc