Les signaux physiques

On appel signal physique l’évolution d’une grandeur physique au cours du temps

On s’intéresse principalement aux signaux physiques lorsqu’il s’agit de transmettre une information.

Exemple : un signal électrique est la variation d’une grandeur électrique (courant ou tension) dans le temps.

 

Classification des signaux

Il existe 3 grands types de signaux :

Les signaux analogiques

Un signal analogique représente l’évolution d’une grandeur analogique, qui peut prendre une infinité de valeurs différentes.

Il est souvent continu, car la plupart des grandeurs physiques ne peuvent pas changer instantanément.

Exemple : tension délivrée par un microphone

Remarque : l’information associée à un signal analogique peut être portée par différentes caractéristiques du signal (amplitude, fréquence, forme, ..)

 

Les signaux logiques

Une grandeur logique ne peut prendre que deux valeurs distinctes, Un signal logique est donc discontinu et chacune des valeurs correspond à une logique particulière.

Exemple : tension délivrée par un capteur de présence

Remarque : le graphique représentant l’évolution dans le temps d’un signal logique s’appelle un chronogramme.

 

Les signaux numériques

Ils peuvent résulter de la quantification d’un signal analogique (échantillonnage).

Les signaux numériques série sont des signaux logiques qui représentent un nombre codé en binaire.

Exemple : signal numérique circulant à travers un port USB

 

Pour en savoir plus, voir L’information.

 

Les signaux périodiques

Un signal périodique est un signal qui se répète identique à lui même par intervalle de temps.

Caractéristiques générales d’un signal périodique

Un signal périodique est caractérisé par :

  • sa forme
  • sa période,
  • sa valeur moyenne

Forme d’un signal

sinusoïdal triangulaire (symétrique ou asymétrique) rectangulaire

Période d’un signal

La période \(T\) d’un signal s’exprime en seconde [s]

sa fréquence \(\bbox[10px,border:2px solid black]{\Large{f=\frac{1}{T}}}\) en hertz [Hz]

sa pulsation \(\bbox[10px,border:2px solid black]{\Large{\omega=\frac{2\pi}{T}}}\) en radian par seconde [rad/s]

 

Exemple : fréquence du courant délivré par ENEDIS : f = 50 Hz

 

 

Sa valeur moyenne

Un signal est toujours la somme d’une valeur continue et d’une valeur variable :
+ =

La valeur continue est la valeur moyenne :

 

On calcule la valeur moyenne d’un signal en faisant la somme sur une période des aires se trouvant entre la courbe et l’axe des abscisses en comptant positives les aires situées au dessus de l’axe et négatives celles situées au dessous et en divisant le tout par la période.

 

 

Si la valeur moyenne est nulle, le signal est dit alternatif.

Un signal alternatif est un signal periodique à valeur moyenne nulle

 

Amplitude d’un signal

On distingue plusieurs définitions pour l’amplitude d’un signal électrique :

  • Amplitude positive = valeur maximale – valeur moyenne
  • Amplitude négative = valeur minimale – valeur moyenne
  • Amplitude crête à crête = valeur maximale – valeur minimale

 

 

Remarque : pour un signal sinusoïdal, les amplitudes positive et négative sont opposées, et l’amplitude crête à crête est égale au double de l’amplitude positive.

 

 

Valeur efficace

Dans le cas particulier d’un signal alternatif (un signal de valeur moyenne nulle), on définit une valeur efficace pour caractériser le fait que le passage de ce signal dans une résistance provoque un dégagement de chaleur, malgré une valeur moyenne nulle équivalent à la même tension continue.

\(\bbox[10px,border:2px solid black]{\Large{U_{eff}=\frac{U_{max}}{\sqrt{2}}}}\)

 

Exemple : valeur efficace du courant délivré par ENEDIS : \(U_{eff} = 230V \Rightarrow U_{max} =…\)

 

 

Rapport cyclique

Dans le cas particulier d’un signal rectangulaire, pour définir avec précision la forme du signal, on précise le rapport cyclique du signal.

\(\bbox[10px,border:2px solid black]{\Large{\alpha=\frac{\text{durée du niveau haut}}{\text{période du signal}}=\frac{t_1}{T}}}\)

 

 

 

 

 

Cas du signal alternatif sinusoïdal

Un signal alternatif sinusoïdal peut être représenté par la fonction :

\(\bbox[10px,border:2px solid black]{\Large{U(t)=A \sin(\omega t+\phi)}}\)

Avec

  • \(A\) : amplitude [V] ou [A] ou […]
  • \(\omega\) : pulsation [rad/s]
  • \(\phi\) : déphasage ou phase à l’origine [rad]

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