numérique-analogique, propagation d`un signal

Physique-Chimie TS
Lycée Jacques Monod
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SIGNAL ANOLOGIQUE-NUMERIQUE
PROCEDES PHYSIQUES DE TRANSMISSION D'UN SIGNAL
Compétences :
S’approprier : extraire et exploiter des informations
Analyser : émettre une hypothèse, évaluer l'ordre de grandeur d'un phénomène
Réaliser : utiliser le matériel de manière adaptée
Valider : valider une information, analyser de manière critique les résultats obtenus
Communiquer : utiliser le vocabulaire scientifique adapté
Quels sont les paramètres qui influent sur la numérisation d’un signal ?
Et comment transmettre un signal sur une longue distance ?
PROPAGATION LIBRE D’UN SIGNAL
IDispositif
Une des bornes d’un long fil de connexion est branché à un
GBF (générateur basse fréquence) délivrant un signal
sinusoïdal.
Un autre long fil de connexion est relié à une voie d’un
oscilloscope.
•
•
•
•
Régler le GBF pour que le signal délivré ait une fréquence de 100 kHz et une amplitude de
plusieurs volts.
Placer les deux fils longs à quelques centimètres l’un de l’autre sans relier entre elles les deux
bornes libres.
Faire les réglages nécessaires pour observer les signaux sur l’oscilloscope (quelques périodes
visibles et une grande amplitude).
Sans modifier les réglages de l’oscilloscope, séparer les fils d’environ un mètre.
Questions :
1. Quel élément joue le rôle d’émetteur ? de récepteur ?
2. Quel est le milieu de propagation ?
3. Pourquoi peut-on qualifier la propagation de propagation libre ?
4. Comparer la fréquence et l’amplitude du signal émis et du signal reçu. Interpréter.
5. Ce type de propagation est appelé transmission hertzienne. Proposer une autre solution simple afin
de recevoir le signal identique.
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II-
PROPAGATION GUIDEE D’UN SIGNAL
Dispositif
Un générateur de fonctions envoie un signal électrique dans un câble
coaxial, de longueur L = 100 m.
Expérience
Un oscilloscope permet d’analyser ce signal.
• À l’aide de l’oscilloscope, régler le générateur afin d’obtenir des impulsions de durée 0,5 µs, se
répétant toutes les 5 µs.
• Adapter, par l’intermédiaire d’un té, le câble coaxial à la sortie du générateur. L’autre
extrémité du câble n’est pas branchée.
• Sur la deuxième sortie du té, brancher l’oscilloscope afin d’observer le signal en début de
câble coaxial.
L’oscillogramme peut être interprété comme la superposition du signal émis par le générateur et
d’un signal réfléchi en bout de câble.
Questions :
1. Déterminer la durée Δt séparant le début de ces deux signaux.
2. Mesurer les amplitudes UE du signal émis et UR du signal réfléchi.
3. Exprimer et calculer la vitesse de propagation v du signal électrique dans le câble coaxial.
La comparer à la vitesse de propagation de la lumière dans le vide.
4. Interpréter la différence d’amplitude entre les deux signaux ?
5. Le coefficient d’atténuation α représente l’atténuation que subit
le signal dans un câble, il est déterminé par la relation :
1
Ue
α= × 20 log
l
US
avec Ue : amplitude du signal en entrée (V)
US : amplitude en sortie de câble (V)
l : longueur du câble (m)
Calculer le coefficient d’atténuation du câble utilisé pour le signal étudié.
IIINUMERISATION D'UN SIGNAL
Dispositif
On utilise un échantillonneur –bloqueur piloté par un signal TTL dont on peut modifier la fréquence fE
Le signal de fréquence à échantillonner a une fréquence f=5,0 kHz, une amplitude de 4,0 V et une
forme sinusoïdale.
On souhaite observer sur la voie 1 de l’oscilloscope la tension due au signal de fréquence f et en voie 2
la tension de sortie du système échantillonneur-bloqueur. Pour figer l’image de l’oscilloscope, il
faudra appuyer sur STOP.
Réaliser plusieurs acquisitions en augmentant la fréquence d’échantillonnage fE : 10kHz, 50 kHz et
100 kHz.
Donner un premier critère pour que la numérisation d’un signal soit la meilleure possible.
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oscilloscope
signal délivré par un GBF
f = 5,0 kHz
signal TTL
fE
Echantillonneur-
Le Convertisseur Analogique Numérique (CAN) d’une carte d’acquisition a un certain nombre de bits.
Le signal varie par saut de tension, multiples d’une valeur appelée pas, p (exprimé en V), de la
numérisation. Le pas correspond au plus petit écart de tension entre deux points du signal numérisé.
Il est lié au nombre de bits du convertisseur et au calibre.
Ci- dessous, on propose la numérisation d’un signal analogique par deux cartes d’acquisition
différentes (4 bits puis 5 bits) pour un même calibre ( ± 2V)
Donner un deuxième critère pour que la numérisation d’un signal soit la meilleure possible.
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III-
SIGNAL ANALOGIQUE ET NUMERIQUE
1..Du signal analogique au signal numérique
Dispositif
Vous disposez d’un convertisseur analogique-numérique (CAN) alimenté sous une tension +15V/15V, d’un voltmètre et d’une alimentation de tension continue.
• Brancher l’alimentation délivrant une tension continue à l’entrée du CAN.
• Brancher le voltmètre en dérivation à l’entrée du CAN et régler une tension comprise entre 1V
et 3V.
Document
Le CAN numérise un signal de tension maximale 5V sur un octet. Donc 5V correspond au nombre
binaire 11111111 et donc à la valeur décimal 255. De même 0V correspond au nombre binaire
00000000 et donc à la valeur décimale 0.
Le pas de la tension, c’est à dire la plus petite valeur de la tension qui augmente la valeur décimale
de 1, est donnée par la relation : p =
1
× 5 ≈ 0, 020V .
255
Questions :
1. Quelle est la valeur de la tension du signal analogique ?
2. Le signal est codé en un nombre binaire (base 2). Quel est le nombre binaire correspondant à
la valeur de la tension d’entrée ?
3. A l’aide du document, retrouver la valeur de la tension du signal analogique en entrée du CAN.
2..Du signal numérique au signal analogique
Dispositif
Vous disposez d’un convertisseur numérique-analogique (CNA) alimenté sous une tension +15V/15V, d’un voltmètre.
Brancher le voltmètre en sortie du convertisseur numérique-analogique (CNA).
A l’aide des interrupteurs, reproduire le nombre binaire correspondant à la tension étudiée
précédemment.
Question :
Retrouver la valeur de la tension du signal analogique en sortie du CNA.