f m 280 Hz 0,30x1,0.10

CORRECTION DU TP PHYSIQUE N 12 SPECIALITE TS 1/5 LA RECEPTION RADIO Correction du TP de physique N 12 La réception radio Activité préparatoire Les stations radios : nécessité d un dispositif récepteur sélectif en fréquence Les ondes radio, émises par les antennes des stations radiophoniques, se propagent dans l'air et sont captées par les postes de radio. On a donné ci-après des domaines de fréquences et de longueurs d onde correspondant à diverses émissions radio : 150 khz 255 khz soit 2000 m 1176 m pour les Grandes Ondes (GO) ; 520 khz 1605 khz 577 m 187 m pour les Petites Ondes (PO) ; 80 MHz 110 MHz 3,75 m 2,7 m (FM). Donnée : célérité de la lumière dans le vide : c = 3,0.10 8 m.s -1. 1. A quoi correspondent les fréquences ou les longueurs d onde citées plus haut? Aux porteuses des émissions radio. 2. Quels sont les domaines de fréquences cités, correspondant à une modulation d amplitude? G.O et P.O 3. Vérifier que pour les Grandes Ondes, il y a cohérence entre les domaines de fréquences et de longueur d onde indiqués. λ = c/f Pour les G.O, les bornes de l intervalle de fréquences sont : f 1 = 150 khz= 1,50.10 5 Hz λ 1 = 3,0.10 8 / 1,50.10 5 = 2,0.10 3 m f 2 = 255 khz = 2,55.10 5 Hz λ 2 = 3,0.10 8 / 2,55.10 5 = 1,2.10 3 m ( voisin de 1176 m ) Il y a accord avec le domaine de longueur d onde indiqué. 4. On considère les stations France Inter et RTL respectivement de fréquences 164 khz et 254 khz. La largeur de la bande de fréquence légalement autorisée pour qu'une radio émette en modulation d'amplitude est Δf = 9 khz. 4.1. Déterminer les bandes de fréquences attribuées à ces deux stations. France Inter : f P = 164 khz Bande de fréquence : [ f P Δf/ 2 ; f P + Δf/ 2 ] = [ 164 9/2 ; 164 + 9/2 ] = [159,5 khz ; 168,5 khz ] RTL : f P = 254 khz Bande de fréquence : [ 254 9/2 ; 254 + 9/2 ] = [249,5 khz ; 258,5 khz ] 4.2. On suppose que les signaux sonores que l'une de ces stations veut retransmettre donnent des signaux modulants compris entre 100 Hz et 5 khz ( qui correspondent aux fréquences sonores moyennes qu'une voix peut émettre ). La bande de fréquence autorisée permet-elle d'obtenir toutes les fréquences du signal modulant? f P = 164 khz ou 254 khz f(spectre modulé ) = 10 khz f(émission ) = 9 khz les signaux sonores de fréquences comprises entre4,5 khz et 5 khz ne passent pas. A Spectre du signal modulé en amplitude Δf(spectre) = 10 khz 4.3. Que doit-on faire pour éviter la réception simultanée d'un grand nombre d'émission, ce qui rendrait inaudible le signal sonore récupéré à la sortie de la chaîne de réception? Il faut un système électrique qui sélectionne une bande de fréquences de l ordre de 9 khz que l on appellera filtre passebande. f f P - 5 khz f P f P + 5 khz Δf(émission) = 9 khz

CORRECTION DU TP PHYSIQUE N 12 SPECIALITE TS 2/5 LA RECEPTION RADIO 2. Principe de la "sélection" d'une émission : le "filtre passe-bande" A R V 2 GBF U C L V 2 U C Questions 1. Quelle est la valeur maximale U Cmax de la tension efficace U C? U Cmax = 3,1 V f m 2. Quelle est la valeur de la fréquence f m correspondante du GBF? f m = Hz. f m 280 Hz 3. On admet que la fréquence propre f 0 d un circuit (L,C) parallèle a la même expression que celle d un circuit (L, C) série. Calculer f o et la comparer avec f m. Faire une phrase de conclusion en terme d'amplitude ( la tension efficace délivrée par le GBF est proportionnelle à l'amplitude ). 1 1 2 To = 2π LC fo = = = 2,9.10 Hz 2π LC 6 2π 0,30x1,0.10 f m f o ( à environ 3 % près ) Pour une fréquence f m du GBF égale à la fréquence propre f o du dipôle idéal (LC ) parallèle, l amplitude de la tension aux bornes du dipôle {bobine + condensateur en parallèle } est maximale : on reconnaît un phénomène de résonance en électricité ( analogue à celui vu en Mécanique ). 4. Que pensez-vous de l'intensité efficace I pour f = f m? Pourquoi dit-on alors que le circuit (L,C) parallèle est un circuit bouchon pour l'intensité? Pour f voisin de f m, l intensité efficace passe par un minimum. Le circuit parallèle (LC) empêche quasiment le courant de passer dans le circuit où il se trouve il «bouche» le courant, d où le nom de circuit bouchon pour l intensité

CORRECTION DU TP PHYSIQUE N 12 SPECIALITE TS 3/5 LA RECEPTION RADIO 5. On appelle bande passante à trois décibels (3dB ), le domaine de fréquence [f 1 ;f 2 ] tel que :. Uc,max Uc( f1) = Uc( j2) = Déterminer graphiquement la valeur B P = f 2 - f 1 de la bande passante. 2 U cmax / 2 = 3,1 / 2 2,2 V f 1 260 Hz et f 2 285 Hz B.P = 285 260 25 Hz 6. Pourquoi le circuit (L,C) parallèle est-il appelé filtre passe-bande? Filtre passe-bande parce que l amplitude de la tension de sortie ( proportionnelle à U C ) n a de valeur appréciable ( le signal passe bien ) que dans une bande de fréquence autour de f o. U cmax / 2 B.P = 25 Hz f 1 f 2 7. Un filtre (LC) parallèle muni d'une antenne permet de sélectionner une émission radio. En vous référant à certaines valeurs données dans l'activité préparatoire, quelle devrait être l'ordre de grandeur de la bande passante d'un filtre (L,C) parallèle pour ne sélectionner qu'une seule station à la fois? Comment faut-il agir pour rechercher une station radio? Pour capter une émission de façon optimale on Amplitude doit faire en sorte que : Δf (émission) = 9 khz Fréquence porteuse f P = f o du circuit LC U mmax Pour ne capter qu une seule station à la fois, on doit faire en sorte que : B.P 9 khz U cmax / 2 8. Un filtre (L,C) muni d'une antenne est appelé circuit d'accord? Pourquoi? «Circuit d accord» car, pour un couple de valeurs (L,C) judicieusement choisies, il y a accord entre le circuit (L,C) et la porteuse de l émission qui peut alors être captée par l antenne réceptrice. 3. Réalisation d un récepteur radio à modulation d amplitude Si le dipôle (L,C) parallèle est connecté à une antenne réceptrice, un bon choix des valeurs de L et C permet de sélectionner des tensions dont les fréquences correspondent aux porteuses des stations radio. Protocole expérimental Vous disposez du module récepteur radio ci-contre : B.P f P = f o A 1 A 2 A 3 A B A 5 f B 1 B 2 B 3 B 4 B 5

CORRECTION DU TP PHYSIQUE N 12 SPECIALITE TS 4/5 LA RECEPTION RADIO 1. Quel est le rôle de l'antenne et du circuit (L 1, C 1 ) à l'entrée du module de réception radio? Rôle de l antenne : détection de l onde modulée en amplitude. Rôle de du circuit (L 1,C 1 ) parallèle : sélectionner la porteuse d une émission radio pour obtenir un signal électrique modulé d amplitude appréciable(par ajustement des valeurs de L 1 et (ou) C 1 :accord du circuit avec la porteuse). 2. Visualisez sur l oscilloscope la tension V 2 entre A 2 et B 2 ; Que représente cette tension? V 2 est une tension modulée en amplitude amplifiée. 3. Quel est le rôle de l'étage situé entre les bornes A 1, B 1, A 2 et B 2 sur la photo? C est un étage destiné à augmenter l amplitude du signal modulé détecté à la sortie du système antenne + dipôle L 1 C 1 parallèle. Ce quadripôle est un amplificateur. 4. Visualisez sur l oscilloscope la tension V 3 entre A 3 et B 3. Que représente cette tension? V 3 est une tension redressée ( effet de la diode qui ne garde que la partie positive du signal modulé ). 5. Quel est le rôle de l'étage situé entre les bornes A 2, B 2, A 3 et B 3? Redressement de la tension modulée. 6. Visualisez sur l oscilloscope la tension V 4 entre les bornes A et B 4? Que représente cette tension? V 4 = représente l enveloppe supérieure de la tension modulée en amplitude qui est proportionnelle au signal modulant décalé. 7. Quel est le rôle de l'étage situé entre les bornes A 2, B 2, A et B 4? C est un détecteur de crêtes ou encore un détecteur d enveloppe : c est un filtre passe-bas. 8. Visualisez sur l oscilloscope la tension V 5 entre A 5 et B 5 ( on débranchera le haut-parleur). Que représente cette tension? C est une tension proportionnelle au signal modulant émis par la station ( elle oscille autour d une valeur moyenne nulle ): elle est de plus amplifiée. 9. Quel est le rôle de l'étage situé entre les bornes A, B 4, A 5 et B 5? Cet étage a-t-il la même structure que celui étudié dans le TP sur la démodulation. C est un filtre passe-haut avec un effet d amplificateur : il supprime la composante continue de l enveloppe. Le filtre passe-haut n est pas symbolisé sur la plaquette. 4. Récapitulatif : que faut-il retenir de la réception radio en modulation d'amplitude? Le schéma ci-après représente les différents étages d un récepteur radio en modulation d amplitude. Compléter les cadres vides du schéma ci-après qui indiquent les rôles les différents étages d un récepteur radio en modulation d amplitude. détection de crêtes supression de la composante continue détection détection sélection amplification démodulation

CORRECTION DU TP PHYSIQUE N 12 SPECIALITE TS 5/5 LA RECEPTION RADIO Un module de réception radio comprend : Ce qu il faut retenir un dispositif de détection de l onde modulée en amplitude appelé antenne réceptrice un dispositif de sélection de l émission radio appelé filtre passe-bande, constitué par un circuit (L,C,) parallèle, appelé circuit d accord qui ne sélectionne qu une bande de fréquences «étroite» autour de la fréquence porteuse de l émission, appelée bande passante. La bande passante est : suffisamment étroite pour ne capter qu une seule émission à la fois ; suffisamment large pour contenir toutes les fréquences du signal modulant ( bande passante B P > largeur de bande Δf de l émission ); la sélection peut se faire en faisant varier l inductance L ou la capacité un amplificateur qui permet d augmenter la tension à la sortie du dispositif de sélection. un dispositif de démodulation qui permet d obtenir un signal le plus voisin possible du signal contenant l information sonore émise par la station. un amplificateur associé à un haut-parleur.