Convertisseur Numérique Analogique ou C.N.A.

 

Vous allez trouver ci-après un montage électronique utilisant des composants déjà connus. Il vous permettra de comprendre le principe de fonctionnement d'appareils tels que le lecteur de «Compact-Disc» ou la «carte-son» de votre ordinateur multimédia...
C'est un Convertisseur Numérique Analogique ou C.N.A.

Informations :

Comme son nom l'indique,il est destiné à transformer une information numérique en un signal analogique.
L'entrée du CNA est un «mot binaire» . Ex : 10011011 (8 bits) ou 101 (3 bits).
La sortie du CNA donne une tension continue, proportionnelle à la valeur du nombre binaire appliqué à l'entrée.
Le symbole du CNA est représenté ci-contre : # représente une grandeur numérique, et Ç représente la grandeur analogique...
Le schéma du montage à réaliser est donné ci-dessous : on l'appelle «CNA à résistances pondérées».

Vous devez y reconnaître un circuit «sommateur inverseur» à trois entrées A0 , A1, et A2 : Ces trois points peuvent être reliés par l'intermédiaire de trois commutateurs à un point de potentiel connu ( Vr ) ou à la masse (de potentiel tout aussi connu : 0 ).
Si le commutateur est fermé, Ai est au potentiel Vr , s'il est ouvert, Ai est relié à la masse...
On convient de représenter l'état Vr par le chiffre binaire 1 et l'état O V par le chiffre binaire O.
Ce «convertisseur», capable de recevoir en entrée un «mot binaire » de 3 chiffres, fonctionne donc «sur 3 bits».

Questions préalables :

~ Combien de valeurs différentes peut prendre un mot de 3 bits ?
(conseil : la réponse peut se donner sous la forme d'une puissance de 2 puis sous forme décimale...).

~ Ecrivez toutes ces valeurs par ordre croissant.

Expériences :

~ Réalisez le montage.
~ A l'aide de 3 fils de jonction, appliquez en «entrée», et successivement, tous les mots binaires à trois chiffres et mesurez pour chacun d'eux , avec un multimètre, la tension de sortie du montage.
~ Présentez ces résultats dans un tableau, puis sous forme de graphique.
~ Commentez ce graphique : comment décrire simplement la «conversion» ?
~ Montrez que la valeur maximale que l'on pourra obtenir comme tension de sortie est associée au mot binaire 111. Cette valeur (en volts) porte le nom de «pleine échelle» (notée PE ).
~ Pouvez vous décrire l'influence du choix de Vr sur la valeur de PE ?

Etude théorique :

1) L 'A.O. fonctionne en régime linéaire et idéal. Quel est le potentiel du point M ?
2) Exprimez les intensités i0 , i1 et i2 en fonction de R0 et Vr . (pensez à la loi d'OHM).
3) Etablir une relation entre i, i0 , i1 et i2 .
4) Montrer que :
Us = - (R/R0).(20 . e0 + 21 . e1 + 22 . e2 )
où les termes ei représentent les potentiels des points Ai.
5) Calculez la valeur théorique de PE et la «résolution» du montage.

Quelques questions pratiques :

Après avoir fait ce TP, vous devriez être en mesure de répondre aux questions suivantes, que l'on est en droit de se poser dans la vie quotidienne...

~ Qu'appelle-t-on signal analogique ?
~ Qu'appelle-t-on signal numérique ?
~ Expliquez cette phrase : «l'information enregistrée sur un CD est numérique».
~ Comment l'information est elle lue sur le CD ?
~ Quel type d'information l'appareil doit-il envoyer vers l'amplificateur de la chaîne HI-FI puis vers les haut-parleurs ?
~ Quel sera, selon vous, le rôle du CNA qui fait partie du lecteur de CD ?
~ La notice d'un tel lecteur nous apprend que le CNA est linéaire et qu'il fonctionne sur 16 bits... Tentez d'expliquer ces termes.
~ Combien peut-on coder de valeurs différentes sur 16 bits ?
~ La «pleine échelle» du CNA d'un lecteur de CD est de 1 Volt... Pouvez-vous définir la «résolution» du CNA et la calculer...