Blue Flower

Chapitre 3.4 partiel de la deuxième partie

Types de distorsion

 

Question posée à l'examen:

 

TYPE DE DISTORSION ?

L’écran :

Réponses proposées :

  • A : distorsion harmonique
  • B : distorsion d’intermodulation
  • C : distorsion de fréquence (Bonne réponse)
  • D : distorsion nulle

La première démarche est de bien « décoder » l’écran qui est proposé :
On nous parle de divers types de distorsions, nous allons y revenir, mais l’écran :
-   Au centre d’abord,
le symbole général d’un amplificateur. La flèche donnant de sens de l’amplification, entrée vers sortie.
o    Rappel : Un amplificateur est un système qui donne à sa sortie, à chaque instant, la grandeur d’entrée multipliée par un coefficient constant A, amplification.
-   C’est un
amplificateur de tension puisque les axes verticaux (abscisses) sont gradués en volt (Ve, pour l’entrée et Vs pour la sortie)
-    En horizontal (ordonnées), il faut lire (ou deviner) que c’est
une échelle de fréquence (F1, F2…F5) que l’on trouve entre entrée et sortie ( lecture sur un analyseur de spectre)
-    Le graphe de gauche indique qu’on applique à l
’entrée 5 signaux de fréquences F1, F2, F3, F4, F5 d’amplitude identique
-    Le graphe de droite nous montre bien les cinq signaux de fréquences F1, F2, F3, F4, F5 mais manifestement
l’amplitude de chacun de ces signaux n’est plus identique. Ils sont donc chacun multipliés par un nombre différent.
Conclusion :

Les  signaux de diverses fréquences n’étant pas tous amplifiés de la même manière, il y a distorsion de fréquence.

Réponse D : distorsion nulle, nous devrions avoir, à la sortie, des signaux (raies) ayant tous, les mêmes amplitudes.
Réponse B : Nous l’avons vu dans un précédent article. Il y a intermodulation lorsqu’on trouve à la sortie de l’amplificateur des signaux dont la fréquence est une combinaison des fréquences des signaux d‘entrée F1 +F2, F1 –F2,….etc.



Quelques expériences avec le simulateur, que vous pourriez facilement reproduire avec des composants vont nous permettre de visualiser rapidement les deux cas de réponse A et C.

Réalisons, soit avec des composants soit avec le simulateur le montage amplificateur (inverseur) ci-dessous :


Les caractéristiques des composants montrent que l’amplification est de A= – 10 (formule : -R3/R4) et que l’amplitude des signaux sera limitée à plus ou moins 10V, du fait des alimentations.

Et il ne faut pas oublier les caractéristiques de l’amplificateur intégré (µA741).

Rappel: Si un oscilloscope synchronisé montre une sinusoïde non déformée, un analyseur de spectre montrera pour le même signal une seule et unique raie à la fréquence de ce signal.

Observations pour notre montage :
a)    Oscilloscope                                 

                        

 

  b) Analyseur se spectre

 

 

Le réglage du générateur d’entrée est : amplitude 0,1v, fréquence 1kHz, offset=0v.
L’oscillogramme montre l’inversion de phase entre l’entrée et la sortie. Il montre aussi que l’amplification est de -10 (inversion de phase). L’analyseur donne les mêmes informations, sauf l’inversion de phase. Puisqu’il n’y a pas de composantes autres que la raie à 1 KHz (fréquence du signal d’entré), on peut en conclure que le signal de sortie est sinusoïdal comme celui de l’entrée.

DISTORSION DE FRÉQUENCE :

La fréquence du signal d’entrée est variable :
Dans la réalité, il suffirait de faire varier la fréquence du générateur, sans modifier son amplitude, évidemment, et d’observer l’évolution du signal en sortie du montage.
Avec le simulateur, nous allons insérer 3 générateurs de fréquence 1kHz, 100kHz et 1MHz. Un amplificateur parfait devrait nous amplifier exactement de la même manière les trois signaux, nous devrions obtenir trois raies de même amplitude à l’analyseur de spectre, une raie pour chaque fréquence d’entrée.
Nous réalisons le montage suivant qui n’est qu’un simple additionneur pour remplacer l’unique générateur du premier montage.

 

Les signaux d’entrée seront tous d’amplitude 0,1v et respectivement de 1kHz, 100kHz et 1 MHz.

Sur l’écran de l’oscilloscope, une trace assez compliquée à analyser apparaît, mais regardons la trace donnée par l’analyseur. Nous obtenons bien les trois raies, 1kHz, 100kHz et 1MHz, mais chacune avec une amplitude différente alors qu’à l’entrée les signaux ont la même amplitude. Là il y a distorsion de fréquence : chacune des « fréquences » n’est pas amplifiée de la même manière.

Observation à l’oscilloscope (en rouge l’entrée, en vert la sortie).

 

Observation du signal de sortie à l’analyseur de spectre :

 

Trois raies à 1 kHz (0,33v), 100 kHz (0,22v) et 1 MHz (0,025V).

Cela ressemble fortement à l’image donnée pour la question d’examen ! N’est-il pas ?

Alors que l’observation du signal d’entrée est la suivante :

 

Les trois signaux ont sensiblement la même amplitude (33mV).

DISTORSION HARMONIQUE :
L’amplitude du signal d’entrée est trop importante et avec (ou sans) une composante continue.

Nous reprenons le premier montage, en modifiant les caractéristiques du générateur d’entrée.
Nous fixons l’amplitude  maximum de la tension d’entrée à 1 v et nous ajoutons un décalage continu de +0,5v.
L’oscilloscope nous montre les résultats suivants :

 

La tension de sortie montre un net écrêtage à -10v. La forme du signal de sortie est différente de celle du signal d’entrée. Alors pourquoi harmonique ?

Eh bien regardons ce que nous donne l’observation à l’analyseur de spectre :

 

Au lieu d’une seule raie, nous voyons arriver plusieurs autres signaux (raies) :
-    A 0 Hz, mais ça c’est un peu aussi le décalage ajouter à l’entrée (mais pas seulement !!!)
-    La raie à 1kHz (elle fait à peine 8 volt, donc amplification inférieure à 10)
-    Une raie à 2 kHz (harmonique deux du signal d’entrée (2xF)
-    Une raie à 3 kHz (harmonique trois du signal d’entré (3xF)
-    Etc. …
Avec un signal de fréquence unique à l’entrée, nous avons produit des signaux de fréquences multiples ou harmoniques qui indiquent donc une déformation.
Une bonne nouvelle, cela peut servir. En effet, en haute fréquence il n’est pas rare d’obtenir des signaux par multiplication de fréquence. C’est en déformant volontairement un signal qu’on peut, à l’aide de circuits accordés, fabriquer des signaux de fréquence multiple de celle d’entrée.
Par contre, un mauvais réglage de ce type de votre PA (amplificateur de sortie) va produire des raies parasites sur une largeur de bandes bien supérieure à celle autorisée !!! N’oublions pas qu’une des premières conditions pour avoir le droit d’émettre c’est de ne pas brouiller….

Rappel de l’adresse de téléchargement du logiciel :

http://www.electronics-lab.com/downloads/schematic/013/