TP2 Modulation d'amplitude Cycle S2 / Module M2107

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1 RESEAUX & TELECOMMUNICATIONS TP2 Modulation d'amplitude Cycle S2 / Module M2107 RT1A Matériel 1 "double" générateur AFG 3022 avec 2 charges 50 Ω 1 Platine de fonctions enfichables 2 Fonctions Multiplieur AD633 1 Fonction «Eléments enfichables en π» 1 cordon Jack-M > bananes 1 paire de haut-parleurs amplifiés 1 maquette tension variable 2 But de la manipulation Dans la partie Mesures seront réalisées et étudiées : Une modulation d'amplitude classique puis équilibrée Une démodulation par détection à Diode série puis synchrone Une modulation par découpage 3 Préparation 1 diode: Ge 1N541 (Ge) Résistances : 15 kω Capacités : 10 nf et 2,2 µf 1 Antenne en ferrite + Support 1 cordon Bananes > Jack-F 1 Récepteur Radio Grandes Ondes 1 Fonction "Sommateur" 3.1 Réglage du taux de modulation Soit un modulateur avec multiplieur : V S = KV X. V Y avec K = 0,1 V -1 La porteuse est une tension V X sinusoïdale de fréquence 100 khz et d amplitude crête V P = 5V. Le signal modulant est une tension V Y sinusoïdale de fréquence 1 khz, d amplitude crête V M = 2V avec une valeur moyenne V 0. Déterminer V O dans les 2 cas suivants : Modulation équilibrée Modulation classique avec un taux de modulation m = 50% 3.2 Détection à diode série ou détection synchrone Calcul du filtre R-C Soit un signal modulé en amplitude avec pour fréquence porteuse 100 khz et pour fréquence maximale du signal modulant f max = 1 khz. Que ce soit une détection série (détection d'enveloppe) ou une détection synchrone, il y a un filtre passe-bas. Justifier en quelques mots que l'on puisse choisir 1000 Hz comme valeur de sa fréquence de coupure. Déterminer alors la valeur de R pour un filtre R-C du premier ordre si C = 10 nf. 3.3 Mesure du taux de modulation Calculer le taux de modulation m du signal cicontre: IUT de Grenoble - RT TpMA14.doc /07/14

2 4 Mesures 4.1 Générateur AFG 3022 Ce générateur, ayant 2 sorties synchronisables, permet d'avoir des signaux modulé, modulant et porteuse synchronisés les uns avec les autres, donc des signaux très propres sur l'oscilloscope. Par contre il est adapté à des mesures sur 50 Ω mais comme nos charges sont généralement à haute impédance, il faut configurer ainsi les 2 voies : Appuyer sur bouton Top Menu. A l'aide des touches dynamiques associées : Menu Sortie Impédance de charge Impédance élevé (au lieu de 50 Ω) Sinon vous risquez d'obtenir en sortie une tension deux fois plus grande que celle consignée : Fonctionnement normal sur 50 Ω Fonctionnement sur charge haute impédance (circuit- ouvert) Dans tous les cas, pour être tranquille, il est préférable de contrôler la tension à l'oscilloscope. 4.2 Etude du multiplieur C'est l'élément essentiel pour réaliser une modulation d'amplitude. Insérer une maquette "multiplieur" sur la platine de fonctions. Les entrées de la fonction "multiplieur " sont repérées X, Y et Z. La sortie délivre la tension S = K (X Y) + Z ou K est le facteur d'échelle. L'entrée Z est inutilisée et déjà reliée à la masse Réponse à une tension continue appliquée sur les 2 entrées. - aux 2 entrées X et Y une tension continue Vo = 1 V (à l'aide la maquette tension variable) Mesurer la tension en sortie du multiplieur Vs. En déduire le facteur d'échelle K. IUT de Grenoble - RT TpMA14.doc /07/14

3 4.2.2 Réponse à une tension sinusoïdale en entrée.. - Sur l'entrée X une tension sinusoïdale Ve = Vm. cosωt L'amplitude Vm = 1 V (Amplitude crête à crête 2V) la fréquence F = 1 khz et la valeur moyenne est nulle - Sur l'entrée Y une tension continue Vo = 2V. Mesurer la tension en sortie du multiplieur Vs. Justifier la valeur de l'amplitude. Relever les tensions d'entrée et de sortie. 4.3 Modulation équilibrée Chronogramme Utiliser le générateur AFG 3022 à 2 sorties pour générer le signal modulant et la porteuse. - sur l'entrée X la porteuse sous la forme d'une tension v p (t) sinusoïdale symétrique de 100 khz d amplitude 5V (Crête à crête 10V) - sur l'entrée Y le signal modulant sous la forme d'une tension v m (t) sinusoïdale symétrique de modulation de 1 khz d amplitude 2V (Crête à crête 4V). Relever le signal modulé en amplitude de type équilibré en même temps que le signal modulant. Remarque importante : Pour observer le signal modulé en amplitude il faut synchroniser l oscilloscope sur le signal modulant Spectre Pour pallier à la faible résolution de l'analyseur de spectre inclus dans l'oscilloscope, multiplier par 10, temporairement, la fréquence du signal modulant (soit 1 khz 10 khz) afin d'écarter les raies du spectre. Pour relever le spectre vous pouvez consulter à la rubrique Aides Techniques / Méthodes de mesure. Relever le spectre de la modulation d amplitude de type équilibré. Mesurer l'encombrement spectral L'encombrement spectral d'une tension modulée en amplitude dépend-il de la fréquence du signal modulant? Le vérifier en changeant cette fréquence. Dépend-il de l'amplitude du signal modulant? Le vérifier en changeant cette amplitude. IUT de Grenoble - RT TpMA14.doc /07/14

4 4.4 Modulation classique Chronogramme Reprendre un signal modulant à 1 khz Ajouter (Fonction Sommateur) une tension continue (Fonction Tension Variable) pour changer le taux de modulation. Sachant que l'amplitude du signal modulant est Vm = 2V, calculer Uo en fonction de Vm pour avoir une modulation d'amplitude classique avec un taux de modulation de 50%. - sur l'entrée X la porteuse sous la forme d'une tension sinusoïdale v p (t) symétrique de 100 khz d amplitude 5V. - sur l'entrée Y le signal modulant sous la forme d'une tension sinusoïdale de modulation de 1 khz d amplitude Vm =2V à laquelle vous ajoutez la tension continue Uo calculée pour que m = 50% Relever cette modulation d amplitude de type classique, en même temps que le signal modulant. Relever le trapèze de modulation en mode X-Y, à partir de la commande DISPLAY / X-DEFL / ON en choisissant comme source le signal modulé. Justifier que m = 50% Pour toutes informations, vous pouvez consulter à la rubrique Aides Techniques / Méthodes de mesure Spectre Pour pallier à la faible résolution de l'analyseur de spectre inclus dans l'oscilloscope, multiplier par 10, temporairement, la fréquence du signal modulant (soit 1 khz 10 khz) afin d'écarter les raies du spectre. Relever le spectre de la modulation d amplitude de type classique avec un taux de modulation m = 50%, en pointant avec 2 curseurs l'encombrement spectral. Mesurer l'encombrement spectral IUT de Grenoble - RT TpMA14.doc /07/14

5 4.5 Démodulation d'amplitude A l'aide d'un récepteur Grandes Ondes Garder votre modulateur d'amplitude classique mais changer la valeur de sa fréquence de porteuse à 150 khz pour qu'elle soit dans la gamme Grandes-Ondes et reprendre la valeur de la fréquence du signal modulant à 1 khz (pour qu'il soit audible). Emettre par rayonnement ce signal à l'aide de l'antenne ferrite, montée sur son support. Pour cela appliquer lui le signal modulé à travers la capacité de 2,2 µf. Nous allons utiliser le récepteur radio Grandes Ondes (Sélecteur AM, LW ou GO) qui est sur votre table pour démoduler ce signal et donc écouter le signal modulant à 1 khz. Mettre en route le récepteur et régler sa fréquence d'accord sur la porteuse du signal modulé (soit 150 khz) : vous devez entendre le signal modulant à 1 khz (vous pouvez changer sa fréquence et écouter la différence). Changer le signal modulant en remplaçant le signal à 1 khz délivré par le générateur par un signal audio issu de la carte son du PC (Par exemple l'enregistrement de la chanson "Amélie Poulain") disponible sur l'intranet (TP / TP 1A Cycle 1). Vous devez l'entendre sur le récepteur radio. Faire vérifier par un enseignant Détection à diode série Reprendre la fréquence de 100 khz pour la porteuse. Le schéma, appelé aussi détection d'enveloppe, est rappelé ci-dessous : A gauche du dessin vous devez reconnaître le modulateur d'amplitude classique que vous avez déjà utilisé : - Entrée X : la porteuse sous la forme d'une tension sinusoïdale v p (t) symétrique de 100 khz d amplitude 5V. - Entrée Y le signal modulant sous la forme d'une tension sinusoïdale de modulation de 1 khz d amplitude Vm = 2V à laquelle on ajoute une tension continue Uo calculé pour que m = 50% A droite du dessin vous devez reconnaître le détecteur à diode série qu'il faut câbler sur la maquette «Eléments enfichables», en utilisant la diode 1N541 (Germanium faible seuil) et le filtre R-C avec C = 10 nf et R= 15 kω. Relier le modulateur au démodulateur et vérifier que le détecteur démodule bien le signal modulé. Relever simultanément le signal modulant, le signal modulé et le signal démodulé. Que se passe t-il si on applique une tension modulée en amplitude de type équilibré? Que peut-on dire de ce type de détection? IUT de Grenoble - RT TpMA14.doc /07/14

6 4.5.3 Démodulation synchrone L'alternative au détecteur à diode série est le détecteur synchrone rappelé ci-dessous : A gauche du dessin vous devez reconnaître le modulateur d'amplitude classique que vous avez déjà utilisé : - Entrée X : la porteuse sous la forme d'une tension sinusoïdale v p (t) symétrique de 100 khz d amplitude 5V. - Entrée Y le signal modulant sous la forme d'une tension sinusoïdale de modulation de 1 khz d amplitude Vm =2V à laquelle on ajoute une tension continue Uo calculé pour que m = 50% A droite du dessin vous devez reconnaître le détecteur synchrone qui consiste à multiplier le signal modulé par la porteuse (normalement régénérée mais pour ce TP elle est plus simplement récupérée). Le tout étant suivi par un filtre "passe-bas". Relier le modulateur au démodulateur et vérifier que le détecteur démodule bien le signal modulé. Relever simultanément le signal modulant, le signal modulé et le signal démodulé. Mesurer la bande passante à 3dB de la chaîne "Modulation Démodulation" en augmentant la fréquence du signal modulant jusqu'à ce que la tension démodulée soit à 3dB (ou divisé par 2) par rapport à la tension démodulée à 1 khz. La fréquence atteinte est alors la fréquence de coupure à 3dB. Quelle est sa valeur? Que se passe t-il si on applique une tension modulée en amplitude de type équilibré? Que peut-on dire de ce type de détection? Application audio Remplacer le signal modulant issu du deuxième générateur par le signal issu de la carte son du PC et le cordon "Jack-M Bananes" Choisir un fichier musical, par exemple AmeliePoulain.wav (Intranet, Rubrique : TP / En GTR 1A / Cycles1 / MA). Appliquer le signal démodulé sur le haut-parleur amplifié à l'aide du cordon "Bananes-Jack-F" Le signal démodulé doit restituer la musique originale. Faire une démonstration du bon fonctionnement devant un enseignant. IUT de Grenoble - RT TpMA14.doc /07/14