scalaire

Un scalaire en électronique industrielle est un étage amplificateur qui prend un signal d'entrée et le restitue multiplié par un facteur de gain constant. Contrairement à un amplificateur opérationnel ou un système de contrôle complet, un scalaire n'a qu'une seule fonction : il applique une amplification linéaire avec un rapport fixe. L'entrée et la sortie sont généralement proportionnelles sur toute la plage de fonctionnement, le gain étant exprimé comme un rapport de tension (10 V/V signifie qu'une entrée de 1 volt devient 10 volts en sortie) ou en décibels (un gain de 20 dB est un facteur de 10).

Les scalaires apparaissent dans les chaînes de conditionnement de signal, les interfaces de capteurs et l'instrumentation de test. Une cellule de charge peut produire 2 millivolts pour 1000 livres de force ; un scalaire amplifie cela à une plage utilisable de 0 à 10 volts pour la conversion analogique-numérique ou l'affichage. Les capteurs industriels sont souvent trop éloignés de leur électronique de lecture pour une transmission de signal pratique à des niveaux natifs, de sorte que les scalaires compensent la perte de câble et le déséquilibre d'impédance. Ils isolent également les capteurs à haute impédance des charges à plus faible impédance.

Variantes et implémentation

Un scalaire passif utilise des diviseurs de résistance ou des atténuateurs pour réduire l'amplitude du signal ; un scalaire actif utilise un amplificateur opérationnel configuré pour un gain non inverseur ou inverseur, généralement avec des résistances de rétroaction qui définissent le facteur de multiplication. Les scalaires à circuit intégré sont courants dans les modules de traitement de signal analogique. Le gain est généralement défini au moment de la conception, bien que les conceptions basées sur des potentiomètres permettent un réglage sur le terrain. Certains scalaires industriels incluent un filtrage ou un réglage de décalage pour centrer un signal de capteur autour de zéro ou autour d'une tension de référence.

Les modes de défaillance courants incluent la dérive des résistances modifiant le rapport de gain en fonction de la température ou du temps, et la saturation lorsque le signal d'entrée dépasse la plage de sortie de l'amplificateur. Un scalaire avec un gain de 10 V/V alimenté par une entrée de 2 volts tentera de produire 20 volts, mais l'écrêtage à la sortie maximale de l'amplificateur (souvent 12 ou 15 volts) introduit une distorsion. Dans les mesures de précision, les coefficients de température des résistances (généralement 25 à 100 ppm par degré Celsius) peuvent dégrader l'étalonnage.

Le terme « scalaire » vient des mathématiques : une quantité scalaire n'a qu'une magnitude, sans direction. En traitement du signal, une opération scalaire multiplie un signal par un nombre, laissant son caractère fondamental inchangé. Ceci est distinct des opérations vectorielles (qui réorientent ou combinent des signaux) ou du filtrage (qui modifie la réponse en fréquence). Dans certains contextes, en particulier les systèmes de contrôle plus anciens, le mot apparaît de manière interchangeable avec « bloc de gain » ou « étage amplificateur ».