Analyseur de spectre rudimentaire
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Génération du signal sinusoïdal
On peut tout d'abord utiliser un générateur intégré du type MAX038 (cher), l'XR2206 ou ICL8038 (sur ce chip, voir la note "everything you always wanted to know...").
Une deuxième solution consiste à utiliser un DDS du type AD9850 dont on trouve des modules sur e-bay (c'est un CMS...). On peut aussi se le faire soit-même (voir mon générateur DDS à EPROM par ex.). Voir aussi l'AD639.
Bon, j'élimine cette solution essentiellement numérique.
Une autre solution repose sur la transformation d'un signal rectangulaire en signal sinusoïdal.
Pour générer un signal rectangulaire commandé en tension, on peut (notamment) :
- utiliser le VCO intégré à une PLL (type CD4046),
- utiliser un convertisseur tension/fréquence.
Pour de plus hautes fréquences, on utiliserait probablement un oscillateur à varicap.
Pour transformer le signal rectangulaire en signal sinusoïdal, on peut
- filtrer le signal pour éliminer toutes les harmoniques surnuméraires (impaires), mais cela ne fonctionne facilement que si la fréquence du signal à produire est fixe.
- transformer le signal rectangulaire en signal triangulaire au moyen d'un intégrateur puis utiliser un dispositif de transformation du signal triangulaire en signal sinusoïdal. Ca ne marche que si le signal carré est (parfaitement) symétrique.
La transformation du signal triangulaire en signal sinusoïdal peut exploiter un étage d'intégration supplémentaire, mais on comprend bien que l'on ne parviendra jamais par ce moyen à obtenir un vrai signal sinusoïdal.. on obtient au mieux une approximation quadratique.
La technique qui est généralement utilisée exploite un montage à base de diodes. Voir par ex. l'AN263 de TI, p.8 (cette note présente diverses techniques de génération de signaux sinusoïdaux).
Plusieurs "techniques" semblent exploitées :
- une qui consiste à créer une approximation de la sinusoïde par parties (segments de droites, chercher "diode shaper" sous Google) ;
- une qui consiste à exploiter la courbe de réponse logarithmique d'une jonction bipolaire.
Le montage de type "diode shaper"
Voir l'article diode wave shaping et [1]. Voir la section 12.8 de [2].
Le montage de type "ampli différentiel"
La deuxième technique utilise une paire de transistors montés en ampli différentiel (voir par exemple [3]). En effet, dans la jonction bipolaire d'un transistor (ou dans une diode), le voltage base-émetteur varie en fonction du logarithme du courant base-émetteur (ou émetteur/collecteur). On peut donc utiliser une telle jonction pour calculer un logarithme. (Voir par exemple [4] qui donne un modèle physique du transistor].VA est la tension au borne de la jonction de la diode.)
La transductance d'un amplificateur différentiel à transistors (dI/dV) est de la forme d'une tangente hyperbolique. On trouvera ici le calcul détaillé de cette transductance pour des amplis à FET.
L'expression de la transductance a la forme d'une tangente hyperbolique, i.e., f(x) = (e^x-e^-x) / (e^x+e^-x).
Or les développements limités de la tangente hyperbolique et de la sinusoïde sont proches (voir [ici).
Génération du signal triangulaire
Si on ne cherche pas à obtenir une fréquence variable, le montage classique consiste à boucler un comparateur et un intégrateur [avec des AOP à deux tensions]. Voir par exemple les montages 13 et 14 ici.)
Dans mon cas, l'objectif est de produire une fréquence variable.
L'idée de base est d'utiliser un VCO produisant un signal carré et d'intégrer le signal produit. En prenant un signal parfaitement symétrique autour de 0, on obtient bien un signal présentant une pente positive puis une pente négative. Le problème consiste à s'assurer du retour à zéro : si le signal carré n'est pas symétrique, il va y avoir une dérive. (Voir par exemple [ici].)
Une autre idée, plus proche de la physique, consiste à charger puis décharger un condensateur à partir d'une source de courant constant. La source carrée est alors utilisée pour piloter les transistors de charge et de décharge.
En pratique, si on utilise un VCO de type 4046, on peut tirer parti des signaux générés par le composant (rampes) pour construire le signal triangulaire en les combinant. C'est ce qui est fait dans le VCO à 4046 décrit ici.
Voir aussi
- le montage suivant qui combine la génération d'un signal triangulaire à partir d'un comparateur et d'un intégrateur et d'une paire différentielle.
- un VCO à 4046 (c'est exactement ce dont j'ai besoin, une fois simplifié...). Le montage utilise une paire différentielle.
- la simulation d'un amplificateur différentiel qui montre l'intérêt d'introduire une source de courant (au lieu d'une simple résistance vers a masse).
