Distorsion amplificateur

[invitefc0ac5d9]

Bonjour,

-Il est dit dans mon cours (de paces): quand on amplifie un spectre avec un amplificateur d'une bande passante donnée, il peut y avoir perte de fréquences ou distorsion des fréquences hors bande passante.
Je suis d'accord sur le principe de perte de fréquence car les fréquences hors bande passante ne sont pas amplifiées et donc par rapport à celles amplifiées il y a une perte relative.
Mais je ne comprends pas pour le principe de distorsion: est-ce que la distorsion du signal correspond justement au fait que le spectre entier ne soit pas amplifié "proportionnellement"?

-On me dit également dans le cours que pour une distorsion non linéaire (qu'est-ce?) il peut y avoir création de nouvelles harmoniques... Pouvez-vous m'expliquer cela?

-Dans ma prépa, un autre prof a répondu faux à l'affirmation suivante: "L'utilisation d'un amplificateur en dehors de sa bande passante peut induire l'apparition de nouvelles harmoniques." Je n'ai pas compris pourquoi...

Merci beaucoup!
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[calculair]

1) si l'ampli est lineaire la relation entre le signal d'entrée est de sortie est :

S(t) = G E(t) et su E(t ) = A sin wt + B sin Xt alors S(t) = G A sin wt + G B sin Xt

si la telation entrée sortie n'est pas linéaire St) = G E(t) + Q E^2 ( t) par exemplele, le terme en E^2 fera apparaitre des compsition de fréquence entre W et X


2) Un ampli qui coupe la bande passante peut aussi créer des fréquences pat-ratites en raison de compostion de fresquences hors bande, qui retombe dans la bancde passante.. C'est pourquoi on limite la bande passante des signaux entrant

Bonjour,

-Il est dit dans mon cours (de paces): quand on amplifie un spectre avec un amplificateur d'une bande passante donnée, il peut y avoir perte de fréquences ou distorsion des fréquences hors bande passante.
Je suis d'accord sur le principe de perte de fréquence car les fréquences hors bande passante ne sont pas amplifiées et donc par rapport à celles amplifiées il y a une perte relative.
Mais je ne comprends pas pour le principe de distorsion: est-ce que la distorsion du signal correspond justement au fait que le spectre entier ne soit pas amplifié "proportionnellement"?

-On me dit également dans le cours que pour une distorsion non linéaire (qu'est-ce?) il peut y avoir création de nouvelles harmoniques... Pouvez-vous m'expliquer cela?

-Dans ma prépa, un autre prof a répondu faux à l'affirmation suivante: "L'utilisation d'un amplificateur en dehors de sa bande passante peut induire l'apparition de nouvelles harmoniques." Je n'ai pas compris pourquoi...

Merci beaucoup!

[Patrick_91]

Bonjour,

Si un amplificateur n'amplifie pas toutes les composantes en fréquence , en effet , ce filtrage peut être assimilée à une distorsion de spectre , si l'ampli est bien linéaire il n'y aura pas apparition de nouvelles composantes.

Un ampli linéaire de gain G cela amplifie le signal d'entrée en changeant seulement le niveau par un coefficient G (le gain)

Ve(t) = V.sin(wt) en sortie de l'ampli on à : Vs= GV.sin(wt)

Si l'ampli n'est pas linéaire , cela veut dire qu'il y aura déformation du signal et création de signaux harmoniques dépendant de la fonction de transfert de l'ampli .
Dans ce cas le signal de sortie peut ressembler à Vs = G (K1(wt) + k2 (2wt) + k3 (3wt) ......... etc ...
C'est de la distorsion provoquée par la non linéarité du gain qui au lieu d’être un simple coefficient d'amplification (G) est un polynôme complexe en k1x+k2x²+k3x^3 etc etc ...
les produits 2wt 3wt 4wt sont appelés harmoniques , on appelle cela aussi de la distorsion harmonique.
Cette situation est fâcheuse quand on colle deux signaux proches en Fréquence , il y aura fabrication de produits d'intermodulation tres gênants.

C'est pour cela qu'il ne faut jamais tester un ampli BF avec un disque d'Orgue !! le signal pur ne fera pas apparaitre les distorsions gênantes. Faut écouter du violon ou du Piano (spectres riches) et cela devient excécrable si l'ampli est mauvais ..
A plus

[invite6dffde4c]

Bonjour.
Je sais ce qu’est la distorsion tout court (due à une non linéarité). Mais je ne sais pas ce qu’est la « distorsion de fréquences » (5 entrées sur le browser) ou la « distorsion de spectre » (1 entrée dans le browser).

SI un amplificateur n’a pas une bande passante plate ou s’il coupe une partie, je ne qualifie pas ça de « distorsion ».

Pour moi, la distorsion est l’apparition de fréquences « nouvelles » dues à la non linéarité.
Au revoir.

[A voir en vidéo sur Futura]

[Patrick_91]

Hello,

Oui, non respect de la distribution spectrale eut été plus judicieux je suis d’accord ..

A plus

[invite6dffde4c]

Re.
Oui.
D’ailleurs, c’est ce que l’on fait quand on modifie la balance des bas et des aigus et ça reste encore de la HiFi.
A+

[gwgidaz]

Bonjour,

Quelques précisions utiles :

On dit qu'un système introduit de la distorsion si le signal de sortie n'a pas la même forme , à l'amplitude près, que le signal d'entrée, de forme quelconque.

On distingue 3 types de distorsions:

- La distorsion de non linéarité , qui elle même produit la distorsion harmonique et la distorsion d'intermodulation. Pour un système linéaire, les fonctions sinusoïdales f(t) sont des fonctions propres: une fonction sinus est transformée par un simple coefficient multiplicateur: T(f) = A f
C'est la seule distorsion qui produise en sortie des fréquences qui n'étaient pas présentes en entrée.

- La distorsion de fréquence : un signal non sinusoïdal peut être distordu si toutes ses composantes spectrales ne sont pas reproduites avec le même gain.

- La distorsion de temps de propagation de groupe : Un signal non sinusoïdal peut être distordu si toutes ses composantes spectrale ne subissent pas le même retard.

Quand on ne précise pas, il est sous entendu qu'il s'agit de la distorsion harmonique.
Cependant, depuis le développement des systèmes numériques, les autres distorsions sont largement prises en compte. En transmissions numériques, on peut même dire que la distorsion de temps de propagation de groupe est celle qui occupe le plus les ingénieurs.

[invite6dffde4c]

Bonjour.
Je fais mon mea culpa.
Gwgidaz a raison.
Je suis allé voir la définition du mot dans une vieille « bible » d’électronique et les différentes formes sont bien celles citées par gwgidaz et non seulement la distorsion de non linéarité, à laquelle je me limitais.
Au revoir.

[gwgidaz]

Bonjour.
Je fais mon mea culpa.
Gwgidaz a raison.
Je suis allé voir la définition du mot dans une vieille « bible » d’électronique et les différentes formes sont bien celles citées par gwgidaz et non seulement la distorsion de non linéarité, à laquelle je me limitais.
Au revoir.

Bonjour,

Vous avez autant raison que moi, car l'usage fait que le terme "distorsion" sous entend dans l'immense majorité des métiers de l'électronique "distorsion harmonique" .
Même ceux qui traitent des transmissions de données précisent 'distorsion du temps de groupe" ( ou 'non linéarité de phase' , ce qui est équivalent)

[invitebd567847]

-On me dit également dans le cours que pour une distorsion non linéaire (qu'est-ce?) il peut y avoir création de nouvelles harmoniques... Pouvez-vous m'expliquer cela?

Un amplificateur est linéaire tant que s(t)= A e(t)
en régime linéaire lorsqu'on applique un signal sinusoïdal à l'entrée de l'amplificateur, on doit obtenir le même signal sinusoïdal amplifié du gain A, en sortie.
Les limites physiques de l'amplificateur font que s'il on applique un signal trop fort en entrée, il est écrêté en sortie. il travaille en mode non linéaire. la relation s(t)= A e(t) n'est plus respectée.
Le signal de sortie se rapproche d'un signal carré.
Or un signal carré se décompose en transformée de Fourier : somme de sinusoïdes appelées également harmoniques (multiples entiers de la fréquence pure appliquée en entrée)

-Dans ma prépa, un autre prof a répondu faux à l'affirmation suivante: "L'utilisation d'un amplificateur en dehors de sa bande passante peut induire l'apparition de nouvelles harmoniques." Je n'ai pas compris pourquoi...

C'est surtout la condition d'amplitude en entrée qui implique un écrêtage en sortie et donc la création d'harmoniques.
l'application d'un signal en dehors de la bande passante de l'ampli ne sera pas autant amplifié , voire pas du tout amplifié voire même atténué.
Tout dépend de l’éloignement de la fréquence du signal d'entrée par rapport à la bande passante.
un signal hors bande passante n'est pas un critère de génération d'harmoniques mais son amplitude oui.

[gwgidaz]

Bonjour,

Donc le prof a tort , s'il dit faux à l'affirmation suivante :
"L'utilisation d'un amplificateur en dehors de sa bande passante peut induire l'apparition de nouvelles harmoniques."

Il suffit que la fréquence du signal d'entrée, même hors de la bande passante, ne soit pas trop atténuée.
Tout dépend de ce qu'il appelle "bande passante" .
S'il considère la bande passante à -3dB, un signal hors bande atténué de 4 dB pourra produire un écrêtage, si le niveau d'entrée est suffisant.

[invitebd567847]

Donc le prof a tort , s'il dit faux à l'affirmation suivante :
"L'utilisation d'un amplificateur en dehors de sa bande passante peut induire l'apparition de nouvelles harmoniques."

Non, il a dit que l'affirmation est fausse et je dis de même mais dans l'absolu tout dépend du niveau...
C'est l’écrêtage en sortie qui est générateur d'harmoniques.

Tout dépend de ce qu'il appelle "bande passante" .
S'il considère la bande passante à -3dB, un signal hors bande atténué de 4 dB pourra produire un écrêtage, si le niveau d'entrée est suffisant.

Oui, en théorie, un signal hors bande passante appliqué en entrée mais à très fort niveau, peut provoquer l’écrêtage en sortie et donc un signal de sortie très distordu, surtout si la bande passante de l'ampli est limitée par sa conception même, il n'arrivera vraiment pas à suivre.
Dans la pratique on évite de se trouver dans ce genre de configuration
Il convient de filtrer avant amplification (limiter la bande passante) pour éviter ce cas de figure.

Si l'ampli est capable par conception intrinsèque d’aller vite, mettons 1MHz mais qu'il est simplement limité en bande passante par un filtre d' entrée à 100KHz, par choix technique, si on applique 1MHz en entrée avec un fort niveau, l'ampli réagira par un écrêtage normal en sortie: pseudo carré en sortie.

Je ne sais pas trop quel niveau de détail vous cherchez ...

[gwgidaz]

Bonsoir,

"Non, il a dit que l'affirmation est fausse et je dis de même mais dans l'absolu tout dépend du niveau..."

Pas d'accord, l'affirmation est juste car il y a le verbe "pouvoir" qui exprime une possibilité:

"L'utilisation d'un amplificateur en dehors de sa bande passante peut induire l'apparition de nouvelles harmoniques."

Question de logique ....

[invitebd567847]

C'est aussi vrai qu' "appliquer un signal à l'entrée d'un amplificateur peut induire de nouvelles harmoniques", ça peut, tout dépend des conditions de ce signal.

Appliquer un signal en entrée n'implique pas nécessairement la création d'harmoniques (distorsion significative).
Mais comme je dis tout dépend le niveau le détail souhaité; rien n'étant parfait en ce bas monde, toute amplification crée des harmoniques à un niveau plus ou moins élevé.
il subsiste toujours une petite non linéarité dans ce que l'on considère comme linéaire, si l'on veut chipoter.
Reste à savoir si les non linéarités (=> harmoniques) sont considérées négligeables ou pas pour l'application.

pour faire simple, un "bon" ampli est considéré linéaire jusqu'au début de saturation en sortie.
Ensuite, en continuant d'augmenter le signal d'entrée, le niveau d'harmoniques ne fait que croître.

[calculair]

Bonjour

Dans le cas de signaux hors bande, il peut y avoir des distorsions non linéaires sur les étages entrées

La composition de plusieurs fréquences hors bande peut créer des signaux dans la bande passante.

un exemple voulu est l'amplification moyenne fréquence ou fréquence intermédiaire ou un mélange le signal à recevoir avec l'oscillateur local

[invite6dffde4c]

Bonjour Calculair.
Je ne suis pas d’accord. Dans le mélangeur, le mélange n’est pas dû à du hors bande, mais à la non linéarité des composants. Et dans le mélangeur, les signaux sont bien dans la bande passante du mélangeur, avant le filtrage par le circuit bouchon de sortie, par exemple.
Cordialement,

[calculair]

Bonjour LPFR,

On peut peut être discuter sur l'exemple choisi.

Si tu prends un ampli avec une contre réaction, si le gain diminue avec la fréquence, le signal réinjecté en opposition de phase a l'entrée diminue. Le signal effectivement présent sur l'entée de l'ampli en bout de bande et hors bande augmente. Il y a alors un risque de non linéarité su l'étage d'entrée....

D'ou la nécessité de limiter la bande passante du signal injecté dans l'ampli pour ne pas avoir ce risque.

Amicalement

Bonjour Calculair.
Je ne suis pas d’accord. Dans le mélangeur, le mélange n’est pas dû à du hors bande, mais à la non linéarité des composants. Et dans le mélangeur, les signaux sont bien dans la bande passante du mélangeur, avant le filtrage par le circuit bouchon de sortie, par exemple.
Cordialement,

[invite6dffde4c]

Re.
Je suis votre exemple. On prend un ampli-op ordinaire monté en inverseur avec contre-réaction.
Si je lui envoi un signal à quelques MHz d’une amplitude telle qu’elle sature l’entrée. On aura donc des harmoniques du signal de quelques MHz qui seront eux aussi en dehors de a bande passante.
Et si, en plus du signal de MHz, on a un signal décent en entrée, on aura une modulation du signal de MHz et de ses harmoniques, toujours en dehors de la bande passante.
Je ne vois pas comment on pourrait trouver des signaux supplémentaires dans la bande passante.
Peut-être que je n’ai pas pris le bon montage ?
A+

[calculair]

Bonjour LPFR,

Tu as tout compris....Il y'a donc bien des non linéarités..... maus si tu as un signal à 1 MHz et un autre à 1, 001 Mhz, la non linéarité te fabrique aussi du 0,001 MHz soit du 1000 Hz

Pour un ampli audio, cela peut devenir gênant ....

Re.
Je suis votre exemple. On prend un ampli-op ordinaire monté en inverseur avec contre-réaction.
Si je lui envoi un signal à quelques MHz d’une amplitude telle qu’elle sature l’entrée. On aura donc des harmoniques du signal de quelques MHz qui seront eux aussi en dehors de a bande passante.
Et si, en plus du signal de MHz, on a un signal décent en entrée, on aura une modulation du signal de MHz et de ses harmoniques, toujours en dehors de la bande passante.
Je ne vois pas comment on pourrait trouver des signaux supplémentaires dans la bande passante.
Peut-être que je n’ai pas pris le bon montage ?
A+

[Patrick_91]

Hello,

Oui mais quand on essaye de mesurer la distorsion d'un ampli, il est sous entendu qu'on se tien en deça des phénomènes d'écrêtage, car si les amplis, comme il se doit incorporent des circuits de contre réaction , il se passera des choses , genre désensibilisation qui vont modifier grandement le gain entre autres problèmes.
Pour les tests deux tons proches , forcément cela retombe , si les 1 Mhz ne sont pas filtrés, dans la bande audio ou autre .. c'est sur.
De toute façon l'intermodulation provient de la non linéarité.
A plus

[invite6dffde4c]

...
Pour un ampli audio, cela peut devenir gênant ....

Re.
Oui. Vous avez raison.
Mais avouez que saturer un ampli audio avec des signaux de 1 MHz n’est pas courant.
A+

[calculair]

A priori , les conditions d'environnement sont mal définis

On peut imaginer beaucoup de cas ou des signaux hors bande peuvent être présents.

La principale precaution est de filtrer les signaux entrant pour éviter que des signaux hors bande viennent perturber le fonctionnement de l'amplificateur ou des électroniques de traitement.

Re.
Oui. Vous avez raison.
Mais avouez que saturer un ampli audio avec des signaux de 1 MHz n’est pas courant.
A+

[gwgidaz]

Re.
Oui. Vous avez raison.
Mais avouez que saturer un ampli audio avec des signaux de 1 MHz n’est pas courant.
A+

Bonjour,

Tout à fait d'accord, ce n'est pas courant, c'est même hors des règles de l'art.
Un ampli audio qui serait saturé par deux signaux de 1 MHz, c'est un ampli pour lequel on n'a pas respecté un minimum de règles de CEM.

[calculair]

Dans le principe tu as raison, mais la question posée initialement ( post N°1) était théorique et ne prend pas en compte une réalisation quelconque.

Par ailleurs le fait de s'assurer que l'on ne manipule que les signaux prévus est la 1° régle de CEM

Bonjour,

Tout à fait d'accord, ce n'est pas courant, c'est même hors des règles de l'art.
Un ampli audio qui serait saturé par deux signaux de 1 MHz, c'est un ampli pour lequel on n'a pas respecté un minimum de règles de CEM.