Préparation de TP télécom

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1 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 Prepa_Emission_2009.odt INSA Toulouse p.1/7

2 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) m MAX Information (modulant) A s(t) Signal modulé enveloppe dont la forme est celle de m(t) p(t) porteuse t 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 : s(t) = A{1+α.m(t)}.cos(2.π.f P.t +ϕ), où m(t) a une amplitude m = 1. 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 d'autres termes, ma= = A. On peut aussi écrire : ma= = s s s. s NB: ne pas confondre la moyenne de s(t) (qui est nulle! ) avec la moyenne de l'amplitude de s(t). Prepa_Emission_2009.odt INSA Toulouse p.2/7

3 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 t ) m(t) Traitement information v(t) = a.m(t) + b oscillateur v(t) p(t) i(t) s(t) s(t) = c.v(t).p(t) i(t) = d.s(t) + e multiplieur Conversion tension / courant Fig.2 schéma bloc de l'émetteur AM en IR L'émetteur comprend 4 blocs : : 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.f P.t ), A=3V ma = α = 60%, pour m=1v f P = 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 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. Prepa_Emission_2009.odt INSA Toulouse p.3/7

4 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) = -v 1 (t) v 0, 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 V 0 (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 v 1 (t) en fonction de m(t), R3 et R7. Q5 En déduire l'expression v(t) = f (m(t),v 0 ) 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 v 0 et donc de modifier l'indice de modulation. C'est la raison de la présence du filtre C1-R2. Prepa_Emission_2009.odt INSA Toulouse p.4/7

5 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 v 3 (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, A fondam. La transformation en tension sinusoïdale consiste à opérer un filtrage passe-bande autour de la fréquence du fondamental. E=15V v 3 (t) Tp Fig.5 sortie du compteur, 100kHz Q10 Pourquoi utiliser un passe-bande, plutôt qu'un passe-haut ou un passe-bas? t Prepa_Emission_2009.odt INSA Toulouse p.5/7

6 Les caractéristiques du filtre R7,L1, C2 sont les suivantes : f 0 = 0 2. = L 1.C 2 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 f 0. On veut pouvoir obtenir en sortie p(t) = 4.cos(2.π t ) Déterminer l'amplification que doit apporter l'ali IC1B. On prendra R3 = 3,3kΩ, déterminer R2. On prendra R13 à mi-course. db V4(f)/V3(f) f 0 f 3 db Fig.6 réponse harmonique du filtre R7-C2-L1 f 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.f m.t )}.cos(2.π.f P.t ) en utilisant les formules de trigonométrie classique. Remplir le tableau de synthèse (fin de sujet) Prepa_Emission_2009.odt INSA Toulouse p.6/7

7 Tableau se synthèse : Q1 s(t) = m a = Q5 v(t) = a = b = m a = R11 = 4,7 kω, R4 = R9 = R10 = 100 kω Q6 m a =60% R7 = 6,8 kω R3 = V 0 = -4V v(t) = Q7 Fréquence de coupure = R2 = C1 = 47 nf Q8 Diviseur par N, N= Oscillateur Q9 A fond = Oscillateur Q11 L = 200 µh C2 = R7 = 10 kω Q12 p(t) = 4.cos(2.π t ) R3 = 3,3 kω R2 = Q13 c = R3 = 3,3 kω R2 = Q14 S(t) = 3{1+0,6.m(t)}.cos(2.π t ) Oscillateur Oscillateur Multiplieur Multiplieur Spectre d'amplitude : 0 1MHz f Prepa_Emission_2009.odt INSA Toulouse p.7/7