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SORDALAB | PARC SUDESSOR - 15 Avenue des Grenots - 91150 ETAMPES - FRANCE Tél. : +33 1 69 92 26 72 - Fax : +33 1 69 92 26 74 - www.sordalab.com - Mail : [email protected]
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Platine modulation / démodulation
Réf. MODEMOD I. PRINCIPE
Cette platine très complète a été conçue pour permettre aux élèves d'étudier sur une même maquette la modulation et la démodulation d'amplitude. Dans un même boitier sont regroupés 3 modules distincts : le multiplieur (AD633), le détecteur de crête et le filtre passe haut. Afin de simplifier la réalisation de l'expérience, un générateur sinusoïdal de 100 kHz a été intégré à la platine. Il est ainsi possible de n'utiliser qu'un seul générateur de fonction externe pour le signal modulant, le signal de la porteuse étant directement produit par la platine. Les entrées et sortie de chaque module sont accessibles par douilles bananes de sécurité. Des sélecteurs rotatifs permettent de choisir les valeurs des condensateurs et des résistances. Il est ainsi possible de mettre en évidence les rôles de chacun des composants dans la chaîne de démodulation et d'observer les effets d'une mauvaise constante de temps RC sur le détecteur de crête et le filtre passe haut.
II. CARACTERISTIQUES TECHNIQUES • Alimentation : +/-15 V sur douilles banane de sécurité • Entrées et sorties : douilles bananes Ø 4 mm de sécurité • Dimensions : 195 x 125 x 38 mm • Livré avec 1 jeu de 2 cavaliers de sécurité pour le raccordement des 3 modules entre eux.
III. DESCRIPTION DE LA PLATINE
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1. Alimentation : pour fonctionner, la platine nécessite une alimentation symétrique +/-15 V
2. Porteuse : la modulation d’amplitude consiste à moduler en amplitude un signal sinusoïdal de fréquence et d’amplitude fixe par le signal utile portant l’information que l’on souhaite transmettre. La fréquence de cette « porteuse » dépend du mode de transmission choisi (hertzien, filaire, fibre optique, etc). La platine peut fonctionner avec n’importe quelle fréquence générée par un générateur de fonctions (douilles verte et jaunes Vx et Vy non reliées en interne). Cependant, afin de faciliter la mise en œuvre de l’expérience, un générateur sinusoïdal de fréquence 100 kHz a été intégré à la platine pour générer directement le signal de la porteuse.
3. Multiplieur : la modulation d’amplitude est assurée en interne par un multiplieur AD633. Ce dernier permet par
exemple de moduler le signal de la porteuse de 100 kHz par un signal dit modulant du choix de l’expérimentateur (son donné par un microphone par exemple, signal généré par un générateur de fonctions externe, etc). Pour ceci, il suffit de connecter la source externe en Vx et la porteuse en Vy. On obtient alors en sortie Vs1 un signal dit « modulé » égal au produit des 2 signaux en entrée.
4. Détecteur de crête : une fois le signal émis et réceptionné par un récepteur, on récupère le signal utile en
démodulant le signal modulé. La première étape consiste en ce qu’on appelle un détecteur de crête permettant de récupérer l’enveloppe du signal. Le détecteur de crête consiste en un simple circuit composé d’une diode pour redresser le courant en série avec un couple résistance R1 et condensateur C1 en dérivation. Les 2 sélecteurs rotatifs situés au-dessus permettent de choisir différentes valeurs pour le condensateur C1 et la résistance R1, permettant ainsi à l’élève de comprendre le rôle de ces composants.
5. Filtre passe haut : le filtre passe-haut permet de supprimer la composante continue et de ne garder que le
signal utile portant l’information. Il est constitué simplement d’un condensateur C2 et d’une résistance R2. De même que pour le détecteur de crête, différentes valeurs de composants peuvent être testés pour voir l’impact de ceux-ci sur la récupération du signal.
IV. MATERIEL INDISPENSABLE Bien que la platine intègre les différents composants électriques nécessaire à la démodulation ainsi qu’un générateur 100 kHz pour la porteuse, il est nécessaire de compléter par certains accessoires :
Désignation Référence Quantité
• Oscilloscope numérique bicourbe 25 MHz OSCN25 1 • Générateur de fonctions 100 KHz GTBFECO 1 • Alimentation symétrique +/-15 V AL890NX 1 • Cordons BNC/banane de sécurité BNC3 2
V. FONCTIONNEMENT DE LA PLATINE
a. LE MULTIPLIEUR AD633
Le multiplieur AD633 est un circuit intégré à 8 broches permettant de multiplier les tensions qui lui sont données en entrée. Le schéma de brochage est donné ci-dessous.
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Page 3/4 Il peut recevoir jusqu’à 5 tensions différentes en entrée : X1, X2, Y1, Y2, Z. La tension W en sortie est fonction de ces 5 tensions et est donnée par la relation suivante :
( ) ( )Z+
10YY×XX
=W 2121 --
Dans le cas de la platine réf. MODEMOD, les bornes X2, Y2 et Z sont reliées à la masse (valeurs nulles), et les correspondances avec la sérigraphie sont X1 = Vx , Y1 = Vy , W = VS1 La relation pour la platine devient alors :
Le dénominateur 10 correspond au facteur multiplicateur k du multiplieur. Dans le cas de l’AD633, k=10.
b. COMPOSANTE CONTINUE ET SURMODULATION Pour obtenir une bonne modulation, il faut ajouter au signal modulant à transmettre une composante continue U0. Dans le cas contraire on est confronté à des phénomènes de sur-modulation qui ne permettent pas de récupérer l’intégralité du signal utile lors de la démodulation. Les 2 captures d’écran ci-dessous permettent d’illustrer ce phénomène dit de sur-modulation : à gauche un signal modulé correct avec composante continue et à droite un signal modulé obtenu sans composante continu. Dans le premier cas, l’enveloppe du signal permet de retrouver le signal utile alors que dans le second cas, elle ne le permet pas.
En pratique, on ajoute une tension de décalage en réglant le bouton d’OFFSET sur le générateur de fonctions qui génère le signal modulant.
c. DETECTEUR DE CRETE Une fois le signal transmis, on traite ce signal de manière à en éliminer la porteuse et à ne récupérer que le signal portant l’information, à savoir le signal modulant.
i. Redressement Dans une première étape, on commence par supprimer la partie négative en redressant la tension à l’aide d’une diode. Ci-dessous 2 captures d’écran de l’oscilloscope montrant le signal modulé reçu à gauche et ce même signal après le redressement par la diode à droite.
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Page 4/4 On comprend bien l’intérêt de la composante continue ici. Sans celle-ci, on aurait purement une perte d’information.
ii. Détecteur de crête Dans une seconde étape, on cherche à reconstruire l’enveloppe du signal. En effet, la forme de celle-ci correspond à notre signal modulant portant l’information.
Pour ceci, on lisse le signal à l’aide d’un dipôle RC de constante de temps τ=RC. Lorsque la tension augmente (front montant) le condensateur se charge. Lorsque la tension descend (front descendant) le condensateur prend la relève en se déchargeant dans la résistance. Selon la valeur de cette constante de temps, cette décharge est plus ou moins rapide et on reconstruit plus ou moins bien l’enveloppe du signal. En testant les différentes valeurs de C1 et R1, on obtient les différents cas de figure ci-dessous. De gauche à droite la courbe en bleu représente le signal issu du détecteur de crête avec une constante de temps top longue, trop courte, et raisonnable.
d. FILTRE PASSE-HAUT Comme on l’a vu précédemment, il est nécessaire pour avoir une bonne modulation d’amplitude d’ajouter une composante continue au signal modulant avant la modulation. Afin de pouvoir supprimer cette composante continue à la sortie du détecteur de crête et obtenir ainsi un signal proche du signal modulant avant modulation et transmission, on applique en sortie un filtre RC coupant les basses fréquences (et donc le continu) et ne laissant passer que les plus hautes fréquences. Encore faut-il que ce filtre ne coupe pas la fréquence du signal modulant. Aussi, il est impératif de bien choisir son couple R2 et C2 pour obtenir le bon filtre. Les captures ci-dessous illustrent les résultats obtenus avec différents filtres. Le signal en jaune correspond au signal en sortie du détecteur de crête ; le signal en bleu à celui à la sortie du filtre passe-haut. De gauche à droite, les résultats obtenus avec un filtre saturé, un filtrage trop fort et un bon filtre.