Couplage de signal

PIÈCES ET MATÉRIAUX

• Batterie 6 volts
• Un condensateur, 0,22 µF (catalogue Radio Shack n° 272-1070 ou équivalent)
• Un condensateur, 0,047 µF (catalogue Radio Shack n° 272-134 ou équivalent)
• Petit moteur « hobby », type à aimant permanent (catalogue Radio Shack n° 273-223 ou équivalent)
• Détecteur audio avec casque
• Longueur du câble téléphonique, plusieurs pieds de long (catalogue Radio Shack # 278-872)

Le câble téléphonique est également disponible dans les quincailleries. Tout câble multiconducteur non blindé suffira pour cette expérience. Les câbles à conducteurs fins (le câble téléphonique est généralement de calibre 24) produisent un effet plus prononcé.

REFERENCES CROISEES

Leçons En Circuits Électriques , Volume 2, chapitre 7 : « Signaux alternatifs à fréquences mixtes »

Leçons En Circuits Électriques , Tome 2, chapitre 8 :« Filtres »

OBJECTIFS D'APPRENTISSAGE

• Pour apprendre à « coupler » des signaux alternatifs et bloquer les signaux continus à un instrument de mesure
• Pour savoir comment se produit le couplage parasite dans les câbles
• Déterminer les techniques permettant de minimiser le couplage inter-câbles

SCHÉMA SCHÉMA

ILLUSTRATION

INSTRUCTIONS

Connectez le moteur à la batterie en utilisant deux des quatre conducteurs du câble téléphonique. Le moteur devrait fonctionner, comme prévu. Maintenant, connectez le détecteur de signal audio aux bornes du moteur, avec le condensateur de 0,047 µF en série, comme ceci :

Vous devriez pouvoir entendre un « bourdonnement » ou un « gémissement » dans les écouteurs, représentant la tension de « bruit » CA produite par le moteur lorsque les balais établissent et rompent le contact avec les barres de commutation en rotation.

Le condensateur série a pour fonction d'agir comme un filtre passe-haut afin que le détecteur ne reçoive que la tension alternative aux bornes du moteur, et non une tension continue. C'est précisément ainsi que les oscilloscopes offrent une fonction de « couplage CA » pour mesurer le contenu CA d'un signal sans aucune tension de polarisation CC :un condensateur est connecté en série avec une sonde de test.

Idéalement, on ne s'attendrait qu'à une tension continue pure aux bornes du moteur, car le moteur est connecté directement en parallèle avec la batterie. Étant donné que les bornes du moteur sont électriquement communes avec les bornes respectives de la batterie et que la nature de la batterie est de maintenir une tension continue constante, rien d'autre que la tension continue ne devrait apparaître aux bornes du moteur, n'est-ce pas ?

Eh bien, en raison de la résistance interne à la batterie et le long des longueurs de conducteur, les impulsions de courant tirées par le moteur produisent des « creux » de tension oscillante aux bornes du moteur, provoquant le « bruit » CA entendu par le détecteur :

Utilisez le détecteur audio pour mesurer la tension de « bruit » directement aux bornes de la batterie. Étant donné que le bruit alternatif est produit dans ce circuit par des chutes de tension pulsées le long des résistances parasites, moins nous mesurons de résistance, moins nous devrions détecter de tension de bruit :

Vous pouvez également mesurer la chute de tension de bruit le long de l'un des conducteurs du câble téléphonique alimentant le moteur, en connectant le détecteur audio entre les deux extrémités d'un seul conducteur de câble. Le bruit détecté ici provient des impulsions de courant à travers la résistance du fil :

Maintenant que nous avons établi comment le bruit CA est créé et distribué dans ce circuit, explorons comment il est couplé aux fils adjacents du câble. Utilisez le détecteur audio pour mesurer la tension entre l'une des bornes du moteur et l'un des fils inutilisés du câble téléphonique. Le condensateur de 0,047 µF n'est pas nécessaire dans cet exercice, car il n'y a pas de tension continue entre ces points pour que le détecteur détecte de toute façon :

La tension de bruit détectée ici est due à la capacité parasite entre les conducteurs de câble adjacents créant un « chemin » de courant alternatif entre les fils. N'oubliez pas qu'aucun courant ne passe réellement par une capacité, mais l'action alternative de charge et de décharge d'une capacité, qu'elle soit intentionnelle ou non, fournit une alternance actuel une voie de toutes sortes.

Si nous devions essayer de conduire un signal de tension entre l'un des fils inutilisés et un point commun avec le moteur, ce signal serait entaché de tension parasite du moteur. Cela pourrait être très préjudiciable, en fonction de la quantité de bruit couplée entre les deux circuits et de la sensibilité d'un circuit au bruit de l'autre.

Étant donné que le phénomène de couplage primaire dans ce circuit est de nature capacitive, les tensions de bruit à haute fréquence sont plus fortement couplées que les tensions de bruit à basse fréquence.

Si le signal supplémentaire était un signal CC, sans CA attendu, nous pourrions atténuer le problème du bruit couplé en « découplant » le bruit CA avec un condensateur relativement gros connecté aux conducteurs du signal CC. Utilisez le condensateur de 0,22 µF à cette fin, comme indiqué :

Le condensateur de découplage agit comme un court-circuit pratique à toute tension de bruit CA, sans affecter du tout les signaux de tension CC entre ces deux points. Tant que la valeur du condensateur de découplage est nettement supérieure à la capacité parasite de « couplage » entre les conducteurs du câble, la tension de bruit CA sera maintenue à un minimum.

Une autre façon de minimiser le bruit couplé dans un câble est d'éviter que deux circuits partagent un conducteur commun. Pour illustrer, connectez le détecteur audio entre les deux fils inutilisés et écoutez un signal de bruit :

Il devrait y avoir beaucoup moins de bruit détecté entre deux conducteurs inutilisés qu'entre un conducteur inutilisé et un conducteur utilisé dans le circuit du moteur. La raison de cette réduction drastique du bruit est que la capacité parasite entre les conducteurs de câble a tendance à se coupler même tension de bruit aux les deux des conducteurs inutilisés dans des proportions à peu près égales.

Ainsi, lors de la mesure de la tension entre ces deux conducteurs, le détecteur ne « voit » que la différence entre deux signaux de bruit à peu près identiques.