SPECIALITE 15 : Récepteur radio en modulation d amplitude Objectifs : Découvrir les propriétés sélectives d un circuit L,C (inductance, condensateur) parallèle. Utiliser ce circuit pour sélectionner une onde hertzienne de fréquence donnée. Comprendre le rôle de chacun des modules constituant un récepteur radio en modulation d amplitude. 1. Valeur efficace d une tension sinusoïdale : Soit une lampe conçue pour fonctionner normalement lorsqu elle est alimentée par une tension continue U=12V. On branche cette lampe sur une source de tension sinusoïdale dont on règle la tension de sortie u de façon à ce que la lampe brille de la même façon... On dit alors que cette tension sinusoïdale a une valeur efficace de 12V, c est à dire qu elle a le même effet qu une tension continue de valeur 12V. La valeur efficace de u est alors U=12V. On peut montrer que son amplitude est alors égale à 12. 2 17V et que u varie donc entre 17V et +17V. On peut de même définir une intensité efficace I pour l intensité i d un courant alternatif. Un multimètre utilisé en courant alternatif mesure les valeurs efficaces. Un oscilloscope permet de mesurer la valeur maximale d une tension sinusoïdale. A retenir : Valeur maximale (ou amplitude) = valeur efficace x 2 2. Etude d un filtre passe-bande : Complète le montage schématisé ci-contre en rajoutant : un ampèremètre pour mesurer l intensité efficace I du courant délivré par le générateur basse fréquence. un voltmètre pour mesurer la tension efficace US aux bornes du dipôle L,C parallèle (on néglige la résistance de la bobine). un oscilloscope bi-courbe pour visualiser la tension ue délivrée par le générateur sur la voie A et la tension us aux bornes du dipôle «L,C parallèle» sur la voie B. 1
Réalise ce montage en choisissant les valeurs : R=10 000 Ω L=0,1H C=0,5µF Le G.B.F. doit délivrer une tension sinusoïdale exempte de composante continue dont la fréquence f peut varier de 100 à 1000Hz. Les multimètres doivent-ils être utilisés en mode «continu» ou «alternatif»? Leur sens de branchement a-t-il une importance? Justifie tes réponses. Tu vas t intéresser aux variations de la tension aux bornes du dipôle L,C parallèle en fonction de la fréquence f imposée par le générateur, lorsque celui-ci délivre un courant d intensité constante. Pour simuler un générateur de courant, tu ajusteras la tension de sortie du G.B.F. pour chaque nouvelle valeur de la fréquence f de façon à ce que l intensité du courant dans le circuit soit toujours égale à I = 0,3mA. Les oscillations électriques qui vont prendre naissance dans le dipôle «L,C parallèle» sont-elles libres, entretenues ou forcées? justifie ta réponse. Quelle est la fréquence fo du courant sinusoïdal délivré par le générateur pour laquelle la tension aux bornes du dipôle «L,C parallèle» est maximale? Compare avec la valeur théorique de la fréquence propre Fo des oscillations libres qui pourraient prendre naissance dans ce dipôle L,C et conclue. Observe sur l oscilloscope les variations de us et ue pour la fréquence fo et pour une fréquence f différente... que constates-tu? Compare la valeur de la tension efficace Us lue sur le voltmètre et la valeur de Umax donnée par l oscilloscope. Comment peux-tu expliquer cela? Effectue les mesures nécessaires pour compléter le tableau suivant, puis trace la courbe représentant les variations de us en fonction de f lorsque le circuit «L,C parallèle» est alimenté à courant constant I=0,3mA. f en Hz fo/8= fo/4= fo/2= fo= fox2= fox4= fox8= Us en V 2
f0/8 f0/4 f0/2 f0 f0x2 f0x4 L'échelle utilisée sur l'axe des abscisses est-elle linéaire? justifie Le dipôle «L,C parallèle» est appelé filtre passe-bande pour la tension et circuit bouchon pour l intensité. f0x8 Peux-tu justifier cela... en comparant UE et US pour les fréquences f=fo et f=fo/8. en comparant les rapports Us/I pour les fréquences f=fo et f=fo/8. On définit la bande passante du circuit bouchon comme l intervalle de fréquences pour lesquelles US est supérieure à Uo/ 2 où Uo est la valeur efficace de us pour f=fo. Détermine la bande passante du circuit précédent. Sachant qu une antenne réceptrice se comporte comme un générateur de courant, quel peut être le rôle joué par un «circuit bouchon» dans un récepteur de radio? 3
3. Un récepteur simple en modulation d amplitude : étage 1 amplificateur H.F. étage 3 étage 4 amplificateur B.F. Quel est le rôle de l antenne? Quel est le rôle de l étage 1? Quel doit être l ordre de grandeur de la bande passante du circuit bouchon utilisé? Quel serait l inconvénient d avoir une bande passante plus étroite? plus large? Comment cet étage permet-il de capter des émetteurs différents dans une même gamme d onde, par exemple en «grandes ondes»? Que faut-il faire pour changer de gamme d onde, par exemple passer en «petites ondes» ou en «ondes courtes»? A quoi sert l étage amplificateur haute fréquence? Quel est le rôle de l étage 3? de l étage 4? A quoi sert l amplificateur basse fréquence? 4
4. Ce qu il faut retenir : Dans une antenne, les électrons sont soumis à tous les champs électriques E créés par les ondes électromagnétiques de différentes fréquences, en provenance de tous les émetteurs radio existants! Une antenne se comporte comme un générateur de courant pour le «circuit bouchon» (ou circuit «L,C parallèle») auquel elle est reliée. Dans ces conditions, la tension efficace aux bornes du circuit bouchon présente un maximum prononcé (d autant plus que la résistance de ce circuit est faible, on dit alors qu il est sélectif) pour une fréquence particulière fo du courant généré par l antenne. Cette fréquence de résonance fo correspond à la fréquence propre du dipôle L,C c est à dire à la fréquence des oscillations libres qui pourraient y prendre naissance si le condensateur C initialement chargé était déchargé à travers la bobine d inductance L. fo = 1/2π L.C Comparaison : pour faire circuler de l eau dans un tuyau, il doit exister une différence de pression entre ses deux extrémités. Si pour faire passer l eau avec le même débit dans un autre tuyau il est nécessaire d avoir une différence de pression beaucoup plus grande, on pensera que ce tuyau est (partiellement) bouché! D où le nom de circuit bouchon donné au dipôle L,C parallèle. La tension aux bornes du circuit bouchon est donc beaucoup plus importante pour l onde reçue en provenance d un émetteur de fréquence fo que pour un émetteur de fréquence éloignée de fo, et ce d autant plus que sa bande passante est étroite. Cette bande passante doit toutefois être suffisamment large pour laisser passer toutes les fréquences émises par l émetteur dont la fréquence de la porteuse est fo, mais qui émet aussi comme nous l avons vu sur un intervalle de 5kHz de part et d autre de fo! Pour pouvoir capter plusieurs émetteurs de fréquences différentes, il est nécessaire de pouvoir faire varier la fréquence d accord fo du circuit bouchon, donc de pouvoir modifier l inductance L de la bobine ou la capacité C du condensateur. Pour passer d une gamme d onde à une autre (grandes ondes, petites ondes, ondes courtes,...) on utilise des bobines différentes. Pour parcourir une gamme, on utilise un condensateur à capacité variable dont les armatures peuvent se déplacer l une par rapport à l autre. 5