Électronique analogique

L'électronique analogique est la discipline traitant des dispositifs électroniques opérant sur des grandeurs (tension, courant, charge) continues. Elle diffère de l'électronique numérique dans laquelle ces dernières sont quantifiées. On emploie le terme «analogique» car les grandeurs électriques utilisées sont à l'image du signal à traiter (analogues).

Le terme est fréquemment associé à un contexte électrique, mais d'autres dispositifs tels que la mécanique, la pneumatique, l'hydraulique, etc., peuvent aussi employer des signaux analogiques.

Signaux analogiques, signaux numériques

L'information n'est pas codée de la même façon dans les circuits analogiques et numériques. Les dispositifs numériques utilisent la quantification et un codage de l'information alors que les dispositifs analogiques travaillent sur des valeurs continues dont la richesse du contenu n'est pas limitée par un échantillonnage quelconque.

Historiquement, les premiers dispositifs électroniques étaient de type analogique. Ceux-ci avaient en effet une structure plus simple. Une même fonction était réalisée avec moins de composants en analogique qu'en numérique. Les progrès de l'intégration et l'essor de la micro-électronique ont favorisé le développement de l'électronique numérique. La majorité des dispositifs électroniques actuels intègrent des dispositifs numériques et des dispositifs analogiques. Si la part de l'analogique se réduit au profit du numérique, l'électronique analogique reste cependant inévitable dans un certain nombre d'applications.

Le principal intérêt de l'électronique numérique est sa simplicité de fonctionnement qui rend son comportement particulièrement prédictible. Les règles de quantification et le synchronisme (dans les circuits synchrones) permettent de construire facilement des dispositifs complexes et fiables. L'intégration a rendu cela envisageable et peu coûteux.

Bruit et précision

Grâce à leur quantification, les circuits numériques limitent l'impact du bruit. C'est l'avantage du codage par «tout ou rien». Les signaux analogiques étant continus, ils sont obligatoirement soumis à une incertitude due au fait que les signaux physiques sont convoyés par des charges discrètes. Par contre, la quantité d'information convoyée sur un seul fil est plus grande (à fréquence constante).

L'immunité au bruit des circuits numériques est particulièrement intéressante en traitement du signal. Elle permet surtout d'atteindre des dynamiques importantes puisque celle-ci n'est limitée que par le nombre de «fils» utilisés pour convoyer le signal. En analogique c'est le ratio entre le niveau de saturation et le niveau de bruit qui l'impose.

Le bruit étant un phénomène physique, il reste présent dans les circuits numériques. Il s'agit même d'un problème important dans les circuits récents, qui combinent les difficultés : de petits composants, de faibles tensions d'alimentations et des fréquences élevées. Le bruit est à origine de phénomènes pouvant mettre en défaut les circuits numériques (gigue, glitches), à l'endroit où les dispositifs analogiques ne subissent la majorité du temps qu'un dysfonctionnement passager ou une dégradation de leur performance.

Intégration

Bien que les circuits numériques comportent la plupart de composants et de nœuds, ils sont fréquemment plus petits que les circuits analogiques car il se prêtent mieux à l'intégration. Dans le domaine du traitement de l'information, il est moins strict pour un transistor de fonctionner en binaire (bloqué/saturé c'est-à-dire commutateur fermé/ouvert) qu'en linéaire (amplificateur). Les circuits numériques sont petits et plus faciles à concevoir que les dispositifs analogiques. L'électronique numérique permet la conception de circuits extrêmement complexes tels que les processeurs à un coût modéré.

Domaines d'utilisation

Bien que l'électronique numérique soit aujourd'hui particulièrement répandue, les dispositifs analogiques sont toujours beaucoup présents et indispensables. Ils peuvent être regroupés dans différentes familles :

• les capteurs : la majorité des capteurs génèrent des signaux analogiques représentant la grandeur physique à mesurer ;
• les circuits d'instrumentation : les chaînes d'acquisition permettent le pré-traitement et l'augmentcation des signaux analogiques fréquemment faibles provenant de capteurs : on parle de systèmes d'instrumentation ;

• les calculateurs : au milieu du XX^e siècle, les calculateurs analogiques ont permis de réaliser des opérations mathématiques en manipulant des signaux analogiques. Ils ont été rapidement supplantés par l'ère numérique, néanmoins on trouve toujours des circuits pouvant réaliser de telles opérations : l'amplificateur opérationnel ;
• les filtres : on utilise toujours énormément le filtrage analogique quand les filtres numériques, implémentés sur DSP ou FPGA sont ou trop lents (circuits HF) ou trop lourds à mettre en œuvre. Le filtre le plus simple et le plus connu est certainement le filtre RC ;
• les circuits d'augmentcation électronique : ils permettent la mise en forme de signaux analogiques pour être directement utilisables par des actionneurs : l'amplificateur électronique ;
• les actionneurs : une grande partie des actionneurs utilisent des signaux analogiques comme commande, quoique ceux-ci soient le plus souvent associés à l'alimentation en énergie du dispositif : moteur électrique, haut-parleur, etc.  ;
• les convertisseurs : enfin il existe des dispositifs de conversion analogique ↔ numérique qu'on peut qualifier de mixte : CAN, CNA, MLI ;
• les oscillateurs : circuits générant un signal alternatif à une fréquence fixée. À l'heure actuelle, l'oscillateur contrôlé en tension ou VCO est un circuit analogique particulièrement répandu du fait de son utilisation dans les boucles à verrouillage de phase (PLL) ainsi qu'à verrouillage de délai (DLL). Les oscillateurs sont aussi particulièrement utilisés pour les circuits radiofréquence.

Voir aussi

• électronique numérique

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