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traitement du signal (MP) · Chapitre 1 · Exercice de TD

Le créneau qui penche : couplage AC et condensateur de liaison

Signaux périodiques et filtrage linéaire · C. Action d'un filtre sur un signal périodique · niveau 3 (difficile)

Énoncé

En TP, un créneau logique à est observé en couplage AC : l'oscilloscope insère un condensateur en série et son entrée devient un passe-haut , (ordre de grandeur donné). Les plateaux apparaissent inclinés.

1) Spectre du créneau ? Moyenne du signal affiché ? Dépend-elle de ?

2) Calculer et aux rangs 1, 3, 5. Quel défaut est du premier ordre en ?

3) Pour , montrer que et que la sortie vaut , avec . En déduire l'inclinaison relative des plateaux, . Comparer à la valeur exacte (donnée) à et à .

4) Une sinusoïde de en couplage AC : que voit-on ? Pourquoi le créneau révèle-t-il ce que la sinusoïde cache ?

5) Quelle pour une inclinaison sous à ? Que faire ? Un amplificateur audio dont la liaison coupe à est testé au créneau de : que voit-on ?

6) Cas limite : .

Corrigé

La stratégie. Un passe-haut supprime la composante continue (), mais il touche aussi les phases ; un créneau, dont la forme tient à l'accord des phases de ses raies, le montre aussitôt.

1) La moyenne. plus un créneau : , ( impair). : la moyenne affichée est exactement nulle, quelle que soit .

2) Gain du second ordre, phase du premier. : au rang 1, à . Mais est du premier ordre : , , . Le défaut de phase domine.

3) Le passe-haut retranche l'intégrale. , donc au premier ordre. Pour chaque raie , est une intégration : la sortie vaut (constante fixée par la moyenne nulle). Sur un plateau haut, : la sortie décroît de , soit une inclinaison relative À : prévus, exacts ( n'est pas petit) : les plateaux descendent de à , puis remontent de à . À : prévus, exacts.

4) La sinusoïde ne montre rien. Elle ressort multipliée par et avancée de , soit : c'est encore une sinusoïde. Les raies du créneau sont avancées de durées différentes ( en ) : elles ne sont plus en phase, la forme change. Un déphasage non proportionnel à la fréquence déforme tout signal non sinusoïdal : d'où le test des amplificateurs au créneau.

5) Ce qu'il faudrait. : , soixante fois moins. On observe donc en couplage DC, en retirant la moyenne par le décalage vertical. L'amplificateur () donne la même figure : des plateaux qui penchent de près de moitié, signature d'un condensateur de liaison trop petit.

6) Cas limite . Régime dérivateur : à chaque front, la sortie saute de (un saut passe intact) puis retombe en : des pics de dérivation, comme à la sortie du dérivateur d'un capteur.

Ce que l'exercice installe. Un passe-haut de coupure supprime exactement la composante continue, ne touche au gain qu'au second ordre en mais à la phase au premier ordre ; sur un créneau, il retranche l'intégrale de la partie variable : plateaux inclinés de . Les amplitudes ne suffisent pas à prévoir une forme.

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