Comprendre l'électronique par la simulation.
par Serge Dusausay  Espace lecteur  plan du site


 Article 36 
   Quelques informations supplémentaires des pages 221 à 226 du livre.
réponsePour cet article, consultez également le courrier des lecteurs


Le modulateur sigma delta à capacités commutées simulé dans l'article a été réalisé sur une carte de travaux pratiques. Les résultats montrés ici corroborent ceux issus de la simulation présentés dans le livre.
De plus, on présente ici une représentation spectrale, comme suggérée dans la rubrique "pour aller plus loin".


La carte de T.P. dispose :

- une horloge double, fréquence 100 kHz, temps de non-recouvrement = 0,625 us
- les interrupteurs commandés réalisés par des DG212
- une source sinusoïdale d'impédance interne 100 Ohm, de fréquence 1 kHz, et d'amplitude proche de 4 V
- une cellule à base d'amplificateur opérationnel TL081
- C0 = 0,68 nF; C1 = 4,7 nF
- un comparateur tout ou rien LM111, câblé de façon identique à celle indiquée à la page 222, et délivrant +5V -5V

Le schéma du modulateur est donc identique à celui de la page 223.

3 signaux sont présentés ci dessous :

- le signal sinusoïdal d'entrée,
- la sortie de l'intégrateur,
- le flot de bits issu du modulateur,

recopie d'écran scannérisée
Principaux signaux d'une modulation sigma delta
100 us / c CH1 : 5 V / c CH2 : 1 V / c CH3 : 5 V / c

Ces chronogrammes sont à comparer avec ceux de la page 223.

Interprétation rapide :

Avec ce choix d'horloge et cette échelle, on reconnait aisément :

- la sinusoïde, amplitude 3,9 V, fréquence 1 kHz

- la modulation sigma delta : la densité de bits à 1 est directement liée à la valeur de la tension d'entrée. La durée d'un bit élémentaire est de 10 us. Les signaux sont +5V et - 5V


Quelques remarques :

Le schéma proposé dans le livre est essentiellement pédagogique.

Il est suggéré, en fin d'article, dans le paragraphe "pour aller plus loin" de visualiser le spectre du signal modulé.
Par la commande FFT de Probe, on obtient :
simulation scannérisée
Analyse spectrale proposée par Pspice

Il apparait le spectre du signal d'origine (raie à 1 kHz, 4 V), puis des raies dont la principale est à 2 kHz (0,2V) puis des autres placées sur des lobes.
Le maximum du lobe principal montre des niveaux de tension de 0,8 V mais à des fréquences élevées (vers 50 kHz).
Cela explique que le démodulateur doit être un filtre passe bas, afin d'extraire le spectre du signal d'entrée et d'éliminer les harmoniques apparues lors de la modulation.
Le démodulateur peut être : filtre actif, filtre numérique, ou alors filtre passe bas à capacités commutés. Cette dernière solution permet d'avoir toute la chaîne modulation-démodulation en capacités commutées.

Industriellement, on réalise les modulateurs sigma delta pour le traitement de signaux continus dans la bande audio.
La structure est plus complexe car l'ordre est plus élevé. Avec un ordre 2, le système est formé de 2 boucles.
La démodulation est assurée par un filtrage numérique.

à titre d'information, voici ci dessous la carte de travaux pratiques sur laquelle a été réalisée la manipulation :
carte capa comm
Carte de Travaux Pratiques "capacités commutées"

C'est une carte développée en interne, qui dispose :

d'une partie commande qui génère les signaux (visible en bas sur la photo) :
- logiques (à base de circuit programmable), comme Phi1, Phi2
- analogique, comme les tensions sinusoïdales.

et d'une partie opérative, sur laquelle on trouve :
- des douilles accèdant aux interrupteurs DG211, aux A. Op,
- des cavaliers portant les condensateurs (en blanc sur la photo)
.
Cette carte permet par simple modification de fils et/ou d'emplacement des cavaliers, de changer le montage.
C'est ainsi qu'elle est exploitée aussi pour l'article 27.

fin de l'article 36

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