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Gérard CHOUTEAU : Docteur ès sciences - Professeur à l’Université Joseph-Fourier, Grenoble 1
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Lire l’articleINTRODUCTION
Toute observation physique est perturbée par des signaux parasites. Par exemple, dans une liaison radio, diverses causes peuvent brouiller la transmission (moteurs électriques, orages, émetteurs radio divers, etc.). Cela se manifeste par la présence de signaux sonores indésirables, généralement désagréables : le bruit.
On peut généraliser cette notion à tous les niveaux parasites de même nature que le signal utile. Ainsi, une observation astronomique peut être gênée par les lumières d’une ville, qui constituent un bruit optique.
D’une façon générale, une chaîne de mesure comporte :
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un capteur, dont la fonction consiste à transformer une grandeur intéressante (tension, courant, volume, température, force, vitesse, etc.) en une grandeur image, généralement électrique ;
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un circuit de mise en forme du signal électrique (amplification, modulation, écrêtage, etc.) ;
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une ligne de transmission ;
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un récepteur, qui décode le signal image mis en forme ;
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un dispositif de visualisation de la mesure ;
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éventuellement un dispositif actionneur, commandé par le signal mesuré.
Tout au long de cette chaîne, des signaux parasites d’origines diverses viennent se superposer au signal à mesurer. Ils peuvent avoir des causes internes propres aux éléments du circuit ou des causes externes, tels que les bruits industriels.
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- Version archivée 1 de avr. 1984 par Gérard CHOUTEAU
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2. Principaux types de bruit rencontrés dans les montages
Les bruits peuvent être classés en deux grandes catégories : les fluctuations d’origine statistique ou quantique, dont les temps caractéristiques sont très courts par rapport au temps de mesure, et les dérives, dont les temps caractéristiques sont, au contraire, beaucoup plus longs. On peut définir le temps caractéristique comme le temps minimal sur lequel la valeur du bruit s’annule.
Dans le premier cas, les effets dépendent de la bande passante de la chaîne de mesure, et seules les valeurs quadratiques moyennes des grandeurs sont à prendre en compte.
Dans le second cas, la fréquence de fonctionnement a peu d’importance (sauf aux très basses fréquences), et c’est le signe et l’amplitude des signaux parasites qui importent.
2.1 Bruit blanc (bruit Johnson)
Par définition, on appelle bruit blanc tout bruit dont la densité spectrale de puissance dP /df est indépendante de la fréquence. Par extension, on parlera aussi de bruit blanc si l’on a affaire à un bruit de densité spectrale constante sur un intervalle de fréquences Δf fini petit par rapport à la bande de fréquence du bruit.
L’origine de ce bruit réside dans la nature quantique de l’électricité. À une température thermodynamique donnée T, les porteurs de charge ont une énergie d’agitation thermique moyenne :
par degré de liberté, où k est la constante de Boltzmann (k = 1,38 × 10 – 23 J/K).
Cette énergie tend à désordonner le système. Les électrons, dans un conducteur, sont animés de mouvements erratiques.
HAUT DE PAGE
La démonstration est classique ; nous la rappelons ci-après. Dans le circuit de la figure 1, les fluctuations d’énergie des électrons dans les conducteurs donnent...
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - * - Analog Device Reference Manual.
-
(2) - * - Burr Brown Data Book.
-
(3) - RTC - Manuel technique. - La Radiotechnique Compelec (1981).
-
(4) - MAZDA (F.F.) - Electronic Engineers Reference Book. - Butterwonth, 6e édition (1989).
-
(5) - * - Notice Technique ORTHOLOC.
-
(6) - BERTHIER (Y.) - Méthodes expérimentales de traitement du signal. - Laboratoire de spectrométrie physique, université de Grenoble (1970).
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(7) - Colloque CNRS - Le bruit de fond des composants actifs semi-conducteurs. - Éd. du CNRS, Toulouse...
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