Bruit de fond, parasites et immunisation = ∫

Bruit de fond, parasites et immunisation
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Bruit
normal
Signal +
bruit
Vb1
Vb2
2
1
0
-1
-2
0 5 10 15 20 25
2
1
0
-1
1. Le bruit de fond (bruit intrinsèque)
2
1
0
-1
-2
0 5 10 15 20 25
2
1
0
-1
Temps (s)
-2
0 5 10 15 20 25
Temps (s)
Temps (s)
-2
0 5 10 15 20 25
Temps (s)
Exemple ci-contre :
Beffb1 = Beffb2 / 16
La valeur moyenne d’un bruit n’est pas caractéristique car elle vaut zéro :
B
T
1
B(
t)
dt
T
0
0
(T )
La moyenne quadratique = {Valeur efficace} 2 est caractéristique :
B
2
eff
B
2
1
T
T
0
B
2
( t)
dt
0
(T )

Rapport signal sur bruit : 2 2
2
S
B
2
eff
eff
S
B
2
S
B dB
S
B
, en décibels : 10 Log(
)
Densité spectrale de tension efficace de bruit vN :
f2 2 2
Beff v
f1 N df permet de calculer la tension efficace de bruit dans la
bande [f1, f2]
Densité spectrale de courant efficace de bruit iN :
f2 2 2
I eff i
f1 N df permet de calculer le courant efficace de bruit dans la
bande [f1, f2]
Origines physiques du bruit de fond :
i) Bruit thermique ou de Johnson
Agitation thermique
résistance R, température absolue T, k = 1.38 10 -23 J.K -1 :
v N 4kTR : "bruit blanc".
ii) Bruit de constitution (excess noise)
Evolution erratique des lignes de courant
résistance R traversée par un courant I, Kc est une constante dépendante de
la nature de R :
vN Kc
IR
f
: "bruit rose".
iii) Bruit de grenaille (shot noise)
Fluctuation du courant à la traversée d’une jonction par exemple p/n
Courant I traversant la jonction, e = 1.6 10 -19 C :
i N
eI
: "bruit blanc"

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ii) Bruit de scintillation (flicker noise)
recombinaison fluctuante des porteurs de charges (e ou h) à la surface
Kv et Ki sont des constantes dépendantes du dispositif considéré :
v
N
K v
f
i
N
Ki
f
: "bruit rose".
Prévention :
- Choisir des composants de qualité caractérisés par de faibles densités
spectrale de bruit.
- Limiter au strict minimum la bande passante du dispositif de mesure.
2. Les parasites (bruit extrinsèque)
Les sources des
parasites peuvent être :
i) des circuits de
puissance (V et I
importants)
ii) des circuits de
commutation (variations
de V et I importantes)
iii) des décharges
électrostatiques telles
que la foudre
Le couplage est la
liaison physique entre la
source de bruit et le
circuit sensible.
Couplage
galvanique
Sources
Circuit
perturbé
Couplage
radiatif
Capacitif Inductif
B

Le couplage galvanique
( secteur et boucle de masses)
Alimentation par le secteur
Des parasites sont conduits par les fils de liaisons du réseau public de distribution
de l'énergie. Ce réseau triphasé comporte 3 fils (1, 2, 3) dits de phase et un
fil dit neutre :
L’amplitude des parasites peuvent atteindre 10 fois la tension du secteur !
Prévention = Parasurtenseurs
Caractéristique : i = f(V)
Les parasurtenseurs = éclateurs, varistances ou
diodes à avalanches.
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Surtension
Terre locale ou
terre des masses
Secondaires du
transformateur
HT BT
R
Parasurtenseur
Impédance
de charge
1
2
3
N
Masse
mécanique
V
V
Il est impératif que
les masses
mécaniques soient
reliées à la terre
i
t
V

Description des alimentations pour dispositifs électroniques
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V1
N
1
0.5
0
-0.5
-1
1
0.5
0
-0.5
-1
V2
0 5 10
2 alimentations simples
= 1 alimentation symétrique.
V1 1
V2
0 5 10
Ve Vs
0 - +
0.5
0
-0.5
-1
0.5
0
-0.5
-1
V3
1
V3 V4
0 5 10
0 5 10
Alimentation
Masse
V4
+E
- E
Dispositif électronique : amplificateur, ...
0
0V

Boucle de masses
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Dispositif 1
M1
V1
iM
Z fil
vM
Ve
Dispositif 2
M2
La tension d'entrée Ve du dispositif 2 est Ve = VM + V1
Prévention : connecter les
différents dispositifs à un point
unique de masse.
Le couplage magnétique
Le circuit perturbé est le siège d'une fém. d'induction ep qui est le parasite
d'origine magnétique :
Circuit perturbant
i
ep
S
1
Circuit perturbé
2
0
B(t)
Prévention :
- diminuer le champ B à la source en l'éloignant
ou en utilisant des blindages ferromagnétiques
pour l'isoler magnétiquement.
- réduire la surface S du circuit sensible, par
exemple en rapprochant les fils.
- disposer le circuit sensible de façon que B et S
soient perpendiculaires.
- utiliser pour les liaisons des paires torsadées, la
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Bruit thermique
Calculer la valeur efficace du bruit thermique dans une résistance de 10 3 , prise
à température ambiante et dans le domaine 1 Hz à 10 3 Hz. On rappelle que la
densité spectrale de bruit thermique est donnée par la relation :
Source de
signal
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Source de
signal
e
e
R1
R1
Vp(t)
Cp
R2
-
AO
+
R2
-
AO
+
Vs
v N
Vs
4kTR
Le couplage capacitif
1/ Soit le circuit « sensible » ci-dessous. Etablir la relation donnant VS en
fonction de e et des résistances.
2/ Le circuit est maintenant placé dans l’environnement d’un circuit
« perturbateur » de potentiel Vp(t) auquel il se couple par le biais d’une
capacitance CP. Etablir la nouvelle relation donnant VS en fonction de
dVp/dt.
.

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3/ Pour prévenir le parasitage, on « blinde » le circuit sensible comme
montré ci-dessous. Le circuit sensible est maintenant couplé au blindage via
une capacitance Ci. Le blindage est constitué de métal. Etablir la relation
donnant VS.
Vp
ip
Cp
ii
Vb
Ci
Blindage
= constante
Amplificateur d’instrumentation INA122
Vs

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1/ Etablir la relation donnant le gain G.
2/ A partir de la figure ci-dessous, estimer la valeur efficace de la tension
de bruit de l’amplificateur d’instrumentation INA122 dans la bande de
fréquences 400 à 10 3 Hz. Comment qualifier ce type de bruit ?
3/ Donner une estimation de la valeur efficace du courant de bruit dans une
bande de largeur 10 3 Hz autour de 10 kHz.
Schémas équivalents pour le bruit
Un dipôle bruyant sera représenté par un dipôle sans bruit associé à une source
de bruit efficace selon un modèle qui peut être de Thévenin ou de Norton :
On s’intéresse à l’association de 2 dipôles bruyants.

1/ Soient e1(t) = cos(t) et e2(t) = cos(t+) 2 générateurs de tension d’amplitude
1 Volt.
a) Calculer e1eff et e2eff leur tension efficace.
b) Placés en série, déterminer la fem e(t) du générateur équivalent à leur
association en série. Combien vaut sa tension efficace eeff ? A-t’on eeff =
e1eff + e2eff ?
2/ Soient R1 et R2, deux résistances bruyantes ; B1eff et B2eff leur tension efficace
de bruit. Déterminer en fonction de B1eff , B2eff, R1 et R2, la tension efficace de
bruit du générateur de Thévenin équivalent :
a) à leur association en série ;
b) à leur association en parallèle.
Note : On pourra utiliser la propriété suivante : « Le produit de 2 grandeurs
indépendantes (non corrélées) chacune de moyenne nulle, est lui-même une
grandeur de moyenne nulle ».
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