Sommaire
La réponse en fréquence est une fonction qui traduit le comportement harmonique d’un circuit, c’est à dire sa réponse à une excitation (en tension) sinusoïdale.
Cette fonction n’est définie que dans le cas de circuits linéaires. La tension de sortie est dans ce cas sinusoïdale et de même fréquence que le signal d’entrée.
Objectif
Obtenir l’allure de la courbe du gain et éventuellement de celle du déphasage apportés par le circuit en fonction de la fréquence du signal sinusoïdal placé en entrée.
La courbe est tracée avec une échelle logarithmique en fréquence. Le gain est affiché en dB.
Câblage et réglages
Matériels nécessaires
- Générateur de fonctions
- Oscilloscope
- Mulimètre- dBmètre (optionnel)
- Un logiciel de tracé de courbes (un tableur ou Matlab ou autre)
Câblage
- Relier le générateur de fonction à la fois à l’entrée du circuit et à l’oscilloscope
- Relier la tension de sortie à la deuxième voie à l’oscilloscope
- Régler le générateur en mode sinusoïdal
- S’assurer que le signal de sortie est bien sinusoïdal avant d’aller plus loin.
Procédure “classique”
- Un premier balayage rapide en fréquence permet de repérer les gammes de fréquences d’intérêt.
- Une analyse du comportement du circuit pour les valeurs extrêmes de fréquences (sur la phase et l’amplitude) apporte les informations sur le comportement asymptotique de la réponse en fréquence. Ce sont les 2 premiers points de mesure.
- 3 à 5 mesures supplémentaires sont ensuite suffisantes :
- l’une à la fréquence caractéristique du circuit, qui peut être
- la fréquence centrale d’un circuit passe-bande
- la bande passante à -3dB pour un circuit passe-bas ou passe-haut
- la fréquence d’un déphasage particulier (en général la fréquence pour laquelle le déphasage apporté est égal à la moitié du déphasage maximal que le circuit peut apporter )
- les autres de part et d’autres de cette fréquence caractéristique, à une octave au dessous (à la fréquence moitié) et une octave au dessus ( à la fréquence double)
- l’une à la fréquence caractéristique du circuit, qui peut être
Mesure du gain du circuit
Deux solutions pour déterminer la valeur du gain :
- Utiliser les mesures automatiques de l’oscilloscope et utiliser le logiciel pour convertir le gain en dB
- Utiliser le multimètre en dB-mètre
- le régler en mode V AC
- choisir le mode dB
- relier la tension d’entrée au multimètre, faire la référence à 0dB avec ce signal (Bouton ‘REL’ sur les multimètres )
- puis relier la tension de sortie, la valeur du gain en dB s’affiche alors directement sur l’écran du multimètre !
Mesure du déphasage
Certains oscilloscopes proposent des mesures automatiques du déphasage. En leur absence, une mesure aux curseurs du décalage temporel \( \Delta T \) entre les deux tensions (entrée et sortie) permet de remonter au déphasage \( \Delta \varphi \) par la formule
\(\Delta \varphi = \pm \frac{\Delta T}{T} 2 \pi \)
où \( T\) est la période du signal.
Il est important de déterminer lequel des deux signaux est en avance sur l’autre, afin de donner un signe au déphasage apporté par le circuit. Si la tension de sortie est en retard sur la tension d’entrée, le déphasage est négatif.
Allure “rapide”
Il existe également une méthode automatique pour obtenir l’allure de la réponse en fréquence du système, selon le modèle de GBF que vous possédez.
En effet, certains d’entre eux sont capables de réaliser automatiquement un balayage en fréquence.
Pour les GBF Agilent (des salles de TP d’électronique), il faut utiliser au préalable sélectionner un signal sinusoïdal, de n’importe quelle fréquence mais d’amplitude et de valeur moyenne (offset) compatible avec le système à étudier (si ALI/AOP, vérifiez que le signal de sortie ne sature pas, par exemple).
Puis sélectionner ensuite le menu Sweep du GBF et régler :
- Start frequency : fréquence initiale du signal
- Stop frequency : fréquence finale du signal
- Log pour une variation logarithmique entre ces deux valeurs
- Sweep Time : temps total pour balayer entre la fréquence initiale et la fréquence finale
Il est ensuite possible de synchroniser l’oscilloscope avec le GBF en utilisant la sortie Sync, qui fournit un signal rectangulaire de même période que le balayage, connectée à l’entrée EXT de l’oscilloscope et en réglant les paramètres du déclenchement de l’oscilloscope.