Préparation de TP télécom

TP télécom Emetteur AM
Préparation de TP télécom
partie I :
Emetteur AM par faisceau infra-rouge
Préparation a faire avant la première séance
Durée : 4 séances de TP dont deux sur l'émetteur AM, deux sur le récepteur AM
Plan du document
1Rappel théorique.................................................................................................................................2
2Principe utilisé pour générer une modulation AM en infrarouge.......................................................3
3Préparation du TP ..............................................................................................................................3
Equipe enseignante :
M.AIME
T.ROCACHER
JY. FOURNIOLS
S.BEN DHIA
P.ARTILLAN
J.LUBIN
J.HENAUT
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1 Rappel théorique
Notion de modulation :
Pour qu'un message m(t) puisse se propager par onde hertzienne, par infra-rouge ou autre, on
doit utiliser une porteuse p(t), pour « porter » l'information. Dans de nombreux cas, la porteuse, est
une onde sinusoïdale. Elle est adaptée au média de transmission (par exemple, pour qu'une antenne
puisse émettre ou recevoir avec efficacité, seule une bande de fréquence étroite doit être utilisée).
Une modulation consiste à modifier une des caractéristiques de l'onde sinusoïdale. On dit que
l'information module la porteuse. L'information est le modulant, la porteuse ayant subi la
modulation est le modulé, s(t).
La modulation AM (Amplitude Modulation)
Comme son nom l'indique, la modulation AM affecte le paramètre amplitude de la porteuse.
m(t)
mMAX
Information
(modulant)
Signal modulé
s(t)
A
p(t)
∆
enveloppe dont la
forme est celle de
m(t)
t
porteuse
t
Fig.1 signaux principaux d'une modulation AM
Remarque :
La fréquence de l'onde porteuse est nécessairement bien plus élevée que le modulant.
L'expression mathématique générale d'un signal AM est :
 = 1.
s(t) = A{1+α.m(t)}.cos(2.π.fP.t +ϕ) , où m(t) a une amplitude m
Une modulation AM est caractérisée par son indice (ou taux) de modulation, ma=|α|. L'indice de
modulation (toujours positif) indique la “dose” d'information transportée. Dans le cas (le plus
fréquent) où cet indice est inférieur à 1 (ou 100%, taux) , l'indice de modulation peut être vu comme
l'éloignement de l'amplitude instantanée, ∆, par rapport à l'amplitude moyenne de s(t), A. En
s − s 

d'autres termes, ma=∣∣=
. On peut aussi écrire : ma=∣∣=
.
A
s  s 
NB: ne pas confondre la moyenne de s(t) (qui est nulle ! ) avec la moyenne de l'amplitude de s(t).
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2 Principe utilisé pour générer une modulation AM en infrarouge
On suppose m(t) = 1.cos(2.π.1000.t ) et p(t) = Ap.cos(2.π.100 000.t )
v(t)
m(t)
i(t)
v(t) = a.m(t) + b
s(t) = c.v(t).p(t)
Traitement
information
s(t)
i(t) = d.s(t) + e
p(t)
multiplieur
oscillateur
Conversion tension / courant
Fig.2 schéma bloc de l'émetteur AM en IR
L'émetteur comprend 4 blocs :
Traitement information : permet d'apporter du gain au signal à transmettre (ici un sinus à 1 kHz),
et lui ajoute une tension de décalage continue.
Oscillateur : crée la porteuse à 100 kHz
multiplieur : permet la modulation proprement dite par multiplication
Conversion tension / courant : adapte le signal modulé pour une LED infra-rouge.
But des 2 séances de TP : Produire le signal modulé AM s(t) ayant pour caractéristiques
s(t) = A{1+α.m(t)}.cos(2.π.fP.t ) ,
A=3V

ma = |α| = 60%, pour m=1V
fP = 100 kHz
3 Préparation du TP
on considère les ALI parfaits en particulier ε = 0
On suppose m(t) = 1.cos(2.π.1000.t ) et p(t) = Ap.cos(2.π.100 000.t )
3.1 Approche globale
Q1 D'après la figure 2, exprimer s(t) en fonction de m(t) et p(t). Montrer que l'indice de modulation
ma s'exprime par ma = |α| = |a/b|.
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3.2 Fonction traitement de l'information
But : faire l'analyse du schéma électronique pour en déduire comment régler l'indice de
modulation de l'émetteur.
Nous avons vu à la question précédente que l'indice de modulation ne dépend que des paramètres de
la fonction actuellement étudiée.
Fig.3 Structure électronique de la fonction
traitement information
Q2 Montrer que v(t) = -v1(t) – v0, si R4 = R9 = R10. (R4=R9=R10 = 100kΩ)
Q3 On choisit R11 = 4,7kΩ. En considérant que le courant circulant dans R10 est négligeable,
déterminer la valeur minimale de V0 (curseur S de R12 sur E), ainsi que sa valeur maximale
(curseur S de R12 sur A).
On note x.R8, la portion de résistance de R8 comprise entre A et S, x variant de 0 à 1 (à mesure que
l'on tourne le curseur du potentiomètre R8)
On suppose que R2 = ∞ et C1 est un fil (m(t) est directement appliqué à l'entrée + de IC1A).
Q4 Exprimer v1(t) en fonction de m(t), R3 et R7.
Q5 En déduire l'expression v(t) = f (m(t),v0) ainsi que les expressions des paramètres a et b de la
figure 2 et de l'indice de modulation.
Q6 On décide de régler V0 à -4V. On considère que R8 est réglé à mi course. Enfin, R7 vaut 6,8
kΩDéterminer R3 pour avoir un indice de modulation de 60%. Exprimer avec les valeurs
numériques la tension v(t).
Le signal m(t) peut contenir une composante continue. Celle-ci aurait pour effet de s'ajouter (ou se
soustraire) à v0 et donc de modifier l'indice de modulation. C'est la raison de la présence du filtre
C1-R2.
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Q7 L' émetteur est prévu pour transmettre un message informatif compris dans une bande de 100Hz
à 4kHz. De quel type de filtre s-agit-il (filtre C1-R2) ? Quelle est la fréquence de coupure qu'il
convient de choisir ? Sachant que C1 vaut 47nF, calculer R2 pour que répondre à cette
spécification.
⇒ Remplir le tableau de synthèse (fin de sujet)
3.3 Oscillateur
But : Cette fonction génère la porteuse sinusoïdale de 100kHz. Pour cela, on utilise un oscillateur
à quartz dont la fréquence est 6,4 Mhz. Il produit un signal carré. Pour obtenir 100kHz, la
fréquence est divisée grâce à un compteur, le CD4060. Ensuite, un filtrage adapté permet de
transformer la forme carrée en une forme sinusoïdale.
=p(t)
Fig.4 Structure électronique de la fonction
oscillateur
Q8 Donner le facteur de division N requis.
On suppose que la tension v3(t) a l'allure suivante :
Q9 Déterminer la série de
Fourier du signal et tracer
son spectre jusqu'à 1MHz
ainsi que l'amplitude du
fondamental, Afondam.
La transformation en tension
sinusoïdale consiste à opérer
un filtrage passe-bande
autour de la fréquence du
fondamental.
v3(t)
E=15V
t
Tp
Fig.5 sortie du compteur, 100kHz
Q10 Pourquoi utiliser un passe-bande, plutôt qu'un passe-haut ou un passe-bas ?
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Les caractéristiques du filtre R7,L1, C2 sont les suivantes :
f 0=
0
1
=
2.  2..  L1 .C 2
dB
On donne L = 200 µH environ (réglable de
100 à 230µH). R7 = 10 kΩ (pour info).
Q11 Déterminer C2.
Q12 Le filtre passe-bande a une atténuation
d'un facteur 10 pour la fréquence f0. On veut
pouvoir obtenir en sortie
p(t) = 4.cos(2.π.100 000.t )
|V4(f)/V3(f)|
3 dB
∆f
f0
f
Fig.6 réponse harmonique du filtre R7-C2-L1
Déterminer l'amplification que doit apporter
l'ALI IC1B. On prendra R3 = 3,3kΩ, déterminer R2. On prendra R13 à mi-course.
⇒ Remplir le tableau de synthèse (fin de sujet)
3.4 Le multiplieur (AD633)
Fig.7 Structure électronique de la fonction multiplieur
La fonction de transfert du multiplieur est : W = 0,1.(X1-X2).(Y1-Y2) + Z. La tension v(t) sera
appliquée à l'entrée X et la porteuse p(t) sera sur l'entrée Y. Z sera mis à 0V.
Q13 Exprimer le paramètre c (voir fig.2) en fonction de R3 et R4. On choisit R3 = 2,2 kΩ.
Déterminer R4 pour obtenir le signal s(t) souhaité (voir encadré).
Q14 Tracer le spectre d'amplitude du signal s(t) en précisant les amplitudes de chaque raie. On
cherchera à développer l'expression s(t) = A{1+α.cos(2.π.fm.t )}.cos(2.π.fP.t ) en utilisant les
formules de trigonométrie classique.
⇒ Remplir le tableau de synthèse (fin de sujet)
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Tableau se synthèse :
Q1
s(t) =
ma =
Traitement information
Q5
v(t) =
a=
b=
ma =
R11 = 4,7 kΩ, R4 = R9 = R10 = 100 kΩ
Traitement information
Q6
ma =60%
R7 = 6,8 kΩ
R3 =
V0 = -4V
v(t) =
Traitement information
Q7
Fréquence de coupure =
R2 =
C1 = 47 nF
Traitement information
Q8
Diviseur par N , N=
Oscillateur
Q9
Afond =
Oscillateur
Q11
L = 200 µH
C2 =
R7 = 10 kΩ
Oscillateur
Q12
p(t) = 4.cos(2.π.100 000.t )
Oscillateur
R3 = 3,3 kΩ
R2 =
Q13
c=
R3 = 3,3 kΩ
R2 =
Multiplieur
Q14
S(t) = 3{1+0,6.m(t)}.cos(2.π.100 000.t )
Multiplieur
Spectre d'amplitude :
0
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