Modulation D Amplitude Cours 4
Modulation D Amplitude Cours 4
Modulation D Amplitude Cours 4
BUT
Savoir que réaliser une modulation d’amplitude c’est rendre l’amplitude du signal modulé fonction affine de la tension
modulante.
Connaitre les conditions à remplir pour éviter la surmodulation.
Savoir que la tension modulée d’un signal sinusoïdal est la somme de trois tensions sinusoïdales.
Réaliser la modulation d’amplitude.
INTRODUCTION
Nous avons vu dans le TP précédent que les informations que l‘on transmet par ondes hertziennes (paroles, musiques,
images …) correspondent à des signaux dont les fréquences sont de l’ordre de grandeur du kilohertz (de 20 Hz à 20 kHz pour
les ondes sonores). Ces signaux basse fréquence (BF) ne peuvent pas être émis directement car des problèmes se posent :
la propagation des ondes BF se fait sur de courtes distances car elles sont fortement amorties ;
le brouillage des informations à transmettre à cause de signaux parasites (signaux industriels à 50 Hz …) ou des
signaux de même fréquence émis par d’autres stations ;
la dimension des antennes de réception de l’ordre de grandeur de la longueur d’onde des signaux à transmettre
(300 km !!).
Ainsi l’idée de transmettre les informations par une onde de fréquence élevée (HF) est naturellement apparue. Les
informations à transmettre (signal modulant) sont alors inscrites ou modulées dans une onde de haute fréquence (HF)
(onde porteuse) : on obtient ainsi un signal modulé.
b. LE SIGNAL PORTEUR
Il s'agit d'une tension sinusoïdale de fréquence très élevée F, qu'on modélisera par
une fonction.
2. Donner la forme de cette fonction.
TS – Spé Physique TP P10 : La modulation d’amplitude - Émission d’un signal radio – Spé Physique 10 1/4
c. LE SIGNAL DE SORTIE US(T) : SIGNAL MODULÉ EN AMPLITUDE
Un circuit électronique, appelé multiplieur et faisant intervenir l’amplificateur
opérationnel, permet d'obtenir, à partir des signaux précédents une tension notée
us(t), proportionnelle au produit des deux tensions qu'on lui applique :
X
u(t) + U0
us(t)
v(t)
us(t)
3. Écrire la tension us(t) sous la forme us(t) = A×(m cos ωt + 1) × cos Ωt en déterminant les expressions de A et m.
1 1
On arrive ainsi à l’expression : us t = A. cos 2πFt +A.m. cos 2π(F+f)t + A.m. cos 2π(F-f)t
2 2
Donc, une tension sinusoïdale, de fréquence F, modulée en amplitude par une tension sinusoïdale de fréquence f < F, est
la somme de 3 tensions sinusoïdales, de fréquence F-f, F, et F+f.
On peut établir le spectre en fréquence de la tension modulée en amplitude par une tension sinusoïdale :
les fréquences sont portées en abscisses, et les amplitudes des signaux Spectre en fréquence de la
correspondant en ordonnées. tension modulée
La raie centrale correspond à la fréquence de la porteuse F, c'est la raie de plus
grande amplitude.
Les raies latérales correspondent aux fréquences F-f et F+f.
Pour transmettre un signal BF de fréquence f sur une onde porteuse de fréquence F, il
faut disposer d’une bande de fréquences *(F-f) , (F+f)].
La transmission d'un signal modulé en amplitude occupera donc une bande de
fréquence de largeur 2f : c’est la largeur de bande ou bande passante.
X
BF
TS – Spé Physique TP P10 : La modulation d’amplitude - Émission d’un signal radio – Spé Physique 10 2/4
Réglage du signal porteur :
Connecter une voie d´oscilloscope à la sortie du générateur et sélectionner avec précision un signal sinusoïdal de
fréquence F = 200 kHz et d´amplitude Vm = 5V : ce signal sera la porteuse.
Une fois ces réglages faits, on éteint le générateur et on débranche l´oscilloscope.
On relie la sortie du générateur éteint au module multiplieur entre les voies X et la masse (v1).
Le signal modulant sera délivré par un générateur BF.
Réglage du signal modulant :
On branche une voie de l’oscilloscope à la sortie du générateur BF (sortie 50 Ω).
On sélectionne avec précision un signal sinusoïdal de fréquence f = 1 kHz et d´amplitude Um = 2V.
On ajoute à ce signal, grâce à la fonction décalage enclenchée, une tension continue positive de valeur U0 = 3V : ce
signal sera la tension modulante décalée.
Une fois ces réglages faits, on éteint le générateur et on débranche l´oscilloscope.
On relie la sortie (50 Ω) du générateur éteint au module multiplieur entre les voies Y et la masse (v2).
Alimentation du multiplieur :
L’alimentation du multiplieur n’est en général pas représentée sur les schémas mais ne doit pas être oubliée. Il sera
alimenté par un générateur continu symétrique +15V/-15V dont la masse devra être connectée à la masse du
circuit. Le fonctionnement interne du multiplieur et son schéma électrique détaillé ne sont pas à connaître.
On connecte les bornes de l'alimentation avec celles du multiplieur (+15V avec +15V, -15V avec –15 V et la borne 0
du générateur avec la borne 0V du multiplieur).
L’alimentation du multiplieur devra être mise sous tension AVANT les autres générateurs.
Réglages de l’oscilloscope :
On relie la sortie 50 Ω du générateur modulant à la voie 1 de l’oscilloscope et la sortie vs du multiplieur à la voie 2
sans oublier de connecter la masse de l’oscilloscope à celle du circuit.
On vérifie que toutes les masses du circuit soient bien connectées entre elles : les deux générateurs, l´oscilloscope,
l´alimentation du multiplieur, les bornes de v1 et v2.
On règle le balayage sur 0,5 ms/div.
On règle les sensibilités verticales des voies 1 et 2 respectivement sur 2V/div et 1V/div.
Observation des signaux :
On met sous tension le générateur d´alimentation du multiplieur +15V/-15V.
On met sous tension les deux générateurs HF et BF.
On enclenche le bouton DUAL de l’oscilloscope de manière à voir les deux signaux.
On enclenche sur chaque voie les boutons AC/DC sur la position DC afin de ne pas supprimer la composante
continue U0 rajoutée par le générateur modulant (la fonction AC de l’oscilloscope supprime les composantes
continues d’une tension).
On effectue les réglages nécessaires afin d’observer la tension modulée.
5. Calculer les fréquences exactes des tensions « porteuse F » et « modulante f ».
Taux de modulation m :
En jouant sur les boutons « amplitude » et « tension de décalage U0 » du générateur modulant (BF), observer les
trois cas suivants et représenter les oscillogrammes obtenus :
1er cas U0 > Um m < 1 : on parle de modulation normale
En mode balayage En mode XY
Balayage :
Sensibilité :
L'amplitude du signal modulé ne change pas de signe au cours du temps : l'enveloppe du signal modulé ne coupe
jamais le signal et correspond au signal modulant. La modulation est bonne et l'information pourra être démodulée
facilement.
En mode XY, on observe .................................................
TS – Spé Physique TP P10 : La modulation d’amplitude - Émission d’un signal radio – Spé Physique 10 3/4
2ème cas U0 = Um m = 1 : on parle de modulation critique (maximale)
En mode balayage En mode XY
Balayage :
Sensibilité :
L'amplitude du signal modulé ne change pas de signe au cours du temps : l'enveloppe du signal modulé ne coupe
jamais le signal mais s'annule. C'est la limite critique (maximale) permise pour la modulation.
En mode XY, on observe un ...........................................
Balayage :
Sensibilité :
L'amplitude du signal modulé change de signe au cours du temps : l'enveloppe du signal modulé coupe le signal et ne
correspond plus au signal modulant. L'information ne pourra pas être démodulée. C'est le phénomène de
surmodulation.
En mode XY, on observe .................................................
US max - US min
6. Dans le cas d’une modulation normale (m < 1), démontrer que : m =
US max + US min
Rappel : US max
on sait que le signal modulé a pour fonction :
us(t) = US × cos Ωt avec US = A × (m cos ωt + 1)
qui est son amplitude.
US min
TS – Spé Physique TP P10 : La modulation d’amplitude - Émission d’un signal radio – Spé Physique 10 4/4
Spé PHYSIQUE TP P11 : La démodulation d’amplitude - Réception d’un signal radio Physique Spé 11
BUT
Connaissant la fonction de l’ensemble diode-RC parallèle et du dipôle RC série, savoir les placer correctement dans un
schéma de montage de démodulation.
Savoir exploiter les oscillogrammes relatifs à la modulation et la démodulation d’amplitude.
Savoir que le dipôle LC parallèle, utilisé ici comme filtre passe bande pour la tension, est un circuit bouchon pour
l’intensité et expliquer son utilité pour la sélection d’une tension modulée.
Réaliser la démodulation d’amplitude.
I. LA DÉMODULATION D'AMPLITUDE
a. NÉCESSITÉ DE LA DÉMODULATION
Nous avons vu dans le TP précédent que pour transporter une information par voie hertzienne, il fallait réaliser une
modulation d'amplitude.
À la réception de l’onde électromagnétique, il est nécessaire de décomposer le signal pour pouvoir lire l’information qui
a été transportée : il faut tout d’abord éliminer la porteuse HF, puis la tension continue de décalage afin de ne garder
que le signal périodique modulant de basse fréquence.
L’enveloppe du signal étant symétrique, il n’est pas nécessaire de s’intéresser à sa globalité : le déchiffrage de la partie
supérieure sera suffisant.
HF
X
BF Oscilloscope Oscilloscope
C1 R1
Voie 1 : us(t) Voie 2 : ud 1 (t)
TS – Spé Physique TP P11 : La démodulation d’amplitude - Réception d’un signal radio – Spé Physique 11 1/4
3. Sachant que R1 = 47 kΩ, comparer la constante de temps 1 du circuit de détection
R1C1 à la période de la porteuse TP.
Le signal ud 1 (t) obtenu est décalé par une tension continue U0 que l’on
va supprimer par un circuit appelé « filtre passe-haut ». Il s’agit d’un
montage RC série, dont les caractéristiques R2 et C2 seront choisies de C2
manière à fixer la constante de temps 2 du circuit très supérieure à la ud 1(t) R2 ud (t)
période du signal modulant :
On ajoute au montage précédent un filtre R2C2 tel qu’indiqué sur le circuit suivant :
HF
X C2
BF Oscilloscope Oscilloscope
C1 R1 R2
Voie 1 : us(t) Voie 2 : ud (t)
TS – Spé Physique TP P11 : La démodulation d’amplitude - Réception d’un signal radio – Spé Physique 11 2/4
Il faut, pour que le filtre soit efficace, que la constante de temps du filtre soit très supérieure à la période du signal
modulant (2 >> Tsignal modulant).
6. La fréquence du signal modulant étant f = 1000 Hz, sa période vaut T = 1 ms donc on prendra 2 = 100 ms. Calculer la
valeur de la résistance R2 qu’il faudra associer à un condensateur de capacité C2 = 1 µF.
7. Observer le signal finalement obtenu après démodulation et élimination de la tension continue. Ce signal
correspond-il à la tension modulante de départ ?
R4
E-
S C’ R3 E-
E+ S
E+
R2
L C C R
R1
TS – Spé Physique TP P11 : La démodulation d’amplitude - Réception d’un signal radio – Spé Physique 11 3/4
On a tracé la courbe Us(t) en fonction de la fréquence du signal ue(t)
délivré par le GBF.
9. Comment se comporte le circuit LC parallèle en fonction de la
fréquence du signal d’entrée ? Pourquoi l’appelle-t-on « filtre » passe
bande ?
On appellera bande passante à 3 décibels la gamme de fréquence pour lesquelles l’amplitude est supérieure ou égale à
Umax
.
2
10. Trouver la bande passante de ce filtre.
Les fréquences définissant la bande passante sont symétriques par rapport à la fréquence propre f0 du filtre.
11. Calculer la fréquence propre du filtre, donnée par la formule ci-dessous :
1
f0 = =
2π LC
CONCLUSION
Le filtre « passe bande » ne laisse passer, de manière sélective, que les signaux ayant une fréquence proche de sa
fréquence propre f0. La valeur de cette fréquence propre et la largeur de la bande passante sont directement liées aux
caractéristiques (C ; L ; r) du filtre.
Pour être efficace, un filtre devra donc avoir une fréquence propre égale à la fréquence de la porteuse de la station
que l’on veut capter, et une bande passante de l’ordre de 20 kHz pour pouvoir capter l’ensemble des signaux audibles.
La fréquence propre du filtre sera réglée grâce à un condensateur de capacité variable ou une bobine d’inductance
variable :
le réglage de L se fait lors du choix de la gamme d'ondes (grandes ondes ou ondes courtes), il modifie en fait la
longueur de la bobine;
le réglage de la capacité du condensateur variable permet de sélectionner la station de radio.
R1
Sur le poste de radio, le bouton volume permet de faire varier la valeur d’une résistance par rapport à l’autre, et donc de
régler le facteur d’amplification du signal.
TS – Spé Physique TP P11 : La démodulation d’amplitude - Réception d’un signal radio – Spé Physique 11 4/4