Les signaux physiques
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
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
Valeur moyenne d’un signal
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.
\(\large{\text{Valeur moyenne}=\frac{\text{somme des aires positive}-\text{somme des aires négatives}}{\text{période}}}\)
Si la valeur moyenne est nulle, le signal est dit alternatif.
Un signal périodique est toujours la somme d’un signal alternatif et d’un signal continu :
La valeur continue est la valeur moyenne du signal périodique:
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.
Pour un signal alternatif sinusoïdal :
\(\bbox[10px,border:2px solid black]{\Large{U_{eff}=\frac{U_{max}}{\sqrt{2}}}}\)
Cette valeur correspond à la valeur moyenne du signal redressé :
Exemple : valeur efficace du courant délivré par ENEDIS : \(U_{eff} = 230V\)
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.
\(\bbox[10px,border:2px solid black]{\Large{\alpha=\frac{\text{durée du niveau haut}}{\text{période du signal}}=\frac{t_1}{T}}}\)
Période :
Rapport cyclique :
Cas du signal alternatif sinusoïdal
Un signal alternatif sinusoïdal peut être représenté par la fonction :
Avec
- \(A\) : amplitude [V] ou [A] ou […]
- \(\omega\) : pulsation [rad/s]
- \(\varphi\) : déphasage ou phase à l’origine [rad]