Transcript Réponse fréquentielle et temporelle de filtres RC.

TP Électronique
filtres RC
Réponse fréquentielle et temporelle de filtres RC.
Utilisation du logiciel OSCILLO 5+ :
Ouvrir le logiciel Oscillo5 en cliquant sur son icône sur le bureau. Associé à la carte d’acquisition SYSAM
SP5, il permet de transformer l’ordinateur en oscilloscope numérique à 4 entrées différentielles et permet entre
autres de réaliser le tracé automatique d’un diagramme de Bode. La carte SYSAM SP5 dispose de deux sorties
analogiques paramétrables et indépendantes SA1 et SA2 et de huit entrées analogiques notées EA0 à EA7
(quatre en mode différentiel pour OSCILLO5). Vérifier que la carte est sous tension (LED rouge allumée) et
connectée à l’ordinateur via un port USB.
Pour le tracé d’un diagramme de BODE avec OSCILLO5 :
– Injecter le signal d’entrée du filtre à étudier grâce (par exemple) à la SORTIE ANALOGIQUE SA1 de
la carte qui délivre une tension sinusoïdale de fréquence variable et relier également cette sortie SA1 à
l’entrée EA0 de la carte. La masse du montage est la masse de la carte SYSAM SP5.
– Relier la sortie du filtre à l’entrée EA1 de la carte d’acquisition.
– Cliquer sur le bouton radio BODE (voir en haut à droite dans la fenêtre du logiciel). Vérifier les choix
d’entrée/sortie du filtre (EA0/EA1).
– Choisir la plage de fréquences balayées lors de l’acquisition (par défaut de 100 Hz à 50 kHz, plage
modifiable).
– Choisir le ou les diagrammes à afficher (gain et/ou phase, Nyquist, Black).
– Déclencher l’acquisition puis la mémoriser pour un traitement des données ou une impression ultérieure.
– L’impression se fait en cliquant sur le bouton EXPLOITER du menu MESURES du logiciel, puis sur
l’icône IMPRESSION.
1
Principe d’un générateur d’impulsions.
1.1
Le filtre de base.
Réaliser le montage de la figure 1 : fixer R = 1 kΩ et C = 22 nF
et étudier le comportement de ce filtre en régime harmonique. À
l’aide du logiciel,
C
Ve
R
Vs
1. Mesurer la fréquence de coupure du filtre fc à −3 dB et comparer à la valeur théorique.
2. Mesurer la pente de l’asymptote et conclure quant à l’ordre
du filtre étudié.
Figure 1 : le filtre RC de base.
Étude en régime harmonique. On visualisera les signaux Ve et VS à l’aide d’un oscilloscope numérique
bicourbe.
Proposer un protocole permettant de mesurer la fréquence de coupure du filtre (sans tracer le diagramme
de Bode). Déterminer la valeur du déphasage de VS par rapport à Ve pour f = fc .
Étude en régime variable quelconque. Choisir un couple de valeurs (R, C) donnant une fréquence de
coupure de l’ordre de 5 kHz.
1. Observer la réponse du filtre à des signaux d’entrée rectangulaire ou triangulaire et en déduire la fonction
mathématique réalisée par ce filtre pour f fc (typiquement f < fc /10),puis pour f fc .
2. Justifier le lien entre la réponse fréquentielle et la fonction mathématique réalisée en étudiant la fonction
de transfert du filtre en régime harmonique.
PC, A. ROBICHON
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Année 2014 - 2015
TP Électronique
1.2
filtres RC
Un générateur d’impulsions élémentaire.
Compléter le montage précédent pour obtenir celui de la figure 2. (toujours fixer R = 1 kΩ et C = 22 nF ). On utilisera successivement une
diode au silicium (type redressement) et une diode de type signal.
Observer à l’oscilloscope les signaux Ve et Vs : on appliquera à l’entrée
un signal carré symétrique de basse fréquence (typiquement 100 Hz).
diode
C
R
Ve
1. Expliquer le principe de fonctionnement du montage. Préciser la
forme des signaux en sortie.
R
Vs
Figure 2 : générateur
d’impulsions
2. Comparer l’oscillogramme obtenu en mode DC puis AC : quel
mode convient-il de prendre ici ? Expliquer.
3. De quels paramètres dépend la largeur des impulsions obtenues ?
2
Filtre RC passe-bas. Influence de la charge.
On étudie dans cette partie un filtre RC passe-bas. Prendre R = 10 kΩ et C = 22 nF .
2.1
Étude du filtre non chargé (en sortie ouverte) en régime harmonique.
1. Faire un schéma du circuit et le réaliser.
2. Visualiser à l’aide du logiciel OSCILLO5 son diagramme de BODE. On mesurera la fréquence de coupure
et la pente de l’asymptote.
3. Préciser le déphasage de Vs par rapport à Ve pour f = fc .
2.2
Réponse temporelle du filtre passe-bas non chargé.
Appliquer maintenant en entrée un signal variable de forme quelconque et de fréquence f > 10.fc superposé
à un signal continu (tension −10 V < U0 < 10 V ).
1. Observer la réponse du filtre RC passe-bas. Préciser l’intérêt de ce filtre.
2. Préciser la relation existant entre la fonction mathématique réalisée et le traitement du signal effectué.
2.3
Étude du filtre chargé sur une résistance RC .
1. Brancher une résistance de charge RC = 2 kΩ en sortie du filtre. Faire un schéma du montage.
2. Tracer le diagramme de BODE superposé au précédent et commenter (fc ?, asymptote ?, gain maximal ?).
2.4
Utilisation d’un montage suiveur.
1. Intercaler un montage suiveur à amplificateur opérationnel entre le filtre et la résistance de charge RC .
Faire un schéma du montage.
2. Tracer le diagramme de BODE superposé aux précédents. Commenter le rôle du montage suiveur.
Rappel : Brochage d’un amplificateur opérationnel et le montage suiveur.
+Vcc
S
+
Ve
-Vcc
VS
Masse de la source de polarisation
brochage d’un AO
PC, A. ROBICHON
le montage suiveur
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