Montage 8

TP8 Modulation d'amplitude : modulation d'un signal porteur par un
procédé au choix ; caractéristiques et analyse spectrale du signal.
Démodulation par un procédé au choix.
Introduction :
Les télécommunications modernes telles que nous les connaissons aujourd’hui n’ont vraiment pris leur envol que
vers 1830 avec l’apparition du télégraphe à fil de Morse.
Les différents développements sur les ondes électromagnétiques, ainsi que les travaux de Marconi pour ne citer
que lui ont permis la naissance de la radio vers le début du 20ème siècle.
On pourra utiliser la maquette Pierron, qui évite de faire soi-même un circuit multiplieur
I) Modulation d’amplitude (TS Spécialité, Dico)
1) Nécessité de la modulation d’amplitude
Pour la radio, les signaux que l’on souhaite transmettre sont typiquement les fréquences correspondant au
domaine audible ; à savoir une gamme de fréquence s’étalant de 20Hz à 20kHz.
Pour un signal moyen de 1000Hz, la longueur d’onde associée est :
son 
cson


340
 34cm
1000
Afin d’être rapidement transmis ces signaux doivent être transmis par des ondes électromagnétiques de même
fréquence. La longueur d’onde électromagnétique correspondante à un signal de 1000Hz est de :
élec 
clumière


3.108
 3.105 m ce qui pose problème lorsque l’on sait que les antennes émettrices sont de
1000
l’ordre de grandeur des longueurs d’onde qu’elles émettent.
Un autre problème qui se pose est de savoir comment une antenne réceptrice peut différencier deux signaux de
1000Hz provenant d’émetteurs différents.
Pour ces raisons, il est nécessaire d’utiliser un signal porteur, qui va véhiculer l’information à
transmettre. Pour la modulation d’amplitude qui nous intéresse, la fréquence de la porteuse est de l’ordre
de 100kHz. Un autre avantage à ceci est que les ondes Hertziennes, typiquement inférieures à 100MHz
sont en parties réfléchies par l’ionosphère ce qui permet de diffuser à longue distance.
2) Obtention d’un signal modulé
Le signal porteur peut se mettre sous la forme : s p (t )  U 2,m cos( 2Ft   2 )
L’information que l’on veut transmettre va moduler ce signal porteur. Comme ici c’est l’amplitude A du signal
porteur qui va être modulée, on parlera de modulation d’amplitude.
En conséquence, le signal à transmettre est le signal basse fréquence.
Le signal porteur est quant à lui le signal haute fréquence.
Le signal transmis sera le signal modulé
Un signal modulé en amplitude peut être obtenu de la façon suivante :


S(t) = k s p (t ) sm (t ) =k U 2 ,m cos( 2Ft ) . U 1,m cos( 2ft)  U 0

Le signal modulant est la somme du signal à transmettre et d’une composante continue
On peut écrire s(t) sous la forme :
s(t )  
K 
1 
m
cos(

ft
)cos( 2Ft )

2
A( t )
Le signal porteur est alors modulé en amplitude. On a posé K  kU 0U 2 ,m et
m
U 1,m
U0
Nous allons donc utiliser 2 GBF et un montage multiplieur à AOP
On prendra par exemple : U 1,m  2V , U 0  3V , U2,m = 5V, f = 100Hz, F = 100kHz
Mettre un offset sur le signal BF pour obtenir la tension de décalage U0
Montrer ces signaux correctement avant de les envoyer sur le circuit multiplieur
Pour le circuit multiplieur on a :
S(t) = k (x1 – x2). (y1 – y2) + e
On reliera donc à la masse les points x2 ; y2 et e
On visualisera en voie 1 le signal modulant, et en voie 2 le signal modulé.
Faire remarquer que l’enveloppe du signal modulé correspond à l’enveloppe du signal modulant.
Penser à synchroniser le trigger sur la voie 1 via l’entrée ext.trig
Faire remarquer que seule l’enveloppe supérieure ou inférieure est suffisante car elle contient l’information
nécessaire.
3) Analyse fréquentielle
Montrer en FFT la bande centrale à F et les 2 bandes latérales F-f et F+f
Ceci peut se retrouver en développant le signal modulé pour faire apparaitre les fréquences qu’il contient.
On arrive à :
U U

s(t )  k  1,m 2,m cos[2 ( F  f )t ]  cos[2 ( F  f )t ] U 0U 2,m cos[2Ft ]
2


Donc, pour transmettre une seule fréquence f, la bande passante nécessaire est de 2f, autour de la fréquence
de la porteuse. L’avantage de cette technique est qu’un récepteur peut se caler sur la fréquence de la porteuse
qu’il désire recevoir. L’inconvénient est l’encombrement fréquentiel nécessaire, dans un contexte ou de
nombreux utilisateurs se disputent les fréquences disponibles. En conséquence, en modulation d’amplitude on a
limité la bande de fréquences transmissibles non pas de 20Hz à 20kHZ mais de 20Hz à 4.5kHz
(La perte qualité sonore reste alors acceptable)
On pourra donner des exemples de fréquence de porteuse pour 3 stations connues consécutives.
3) Calcul du taux de modulation
On va faire de la démodulation par détection d’enveloppe.
Jouer sur U0 et montrer que selon la valeur de U0 et donc de m, on aura des soucis ou non.
m s’appelle le taux de modulation, il faudra donc veiller à ce que on est toujours m < 1
(C’est donc une méthode assez restrictive)
Revenir à m < 1
En voie 1 (voie X) on a le signal modulant ; en voie 2 (voie Y) on a le signal modulé
Passer en mode XY : Déduire m 
Ymax  Ymin
Ymax  Ymin
Diminuer l’offset ou augmenter l’amplitude de la basse fréquence de manière à passer à m > 1 ;
Dans ce cas Ymin < 0 et alors m 
Ymax  Ymin
Ymax  Ymin
II) Démodulation par détecteur de crête (TS spé, Dico)
1) Principe d’un détecteur de crête
Commencer par montrer le signal avant et après la diode
Dessiner au tableau l’allure d’une tension sinusoïdale arrivant sur ce filtre, prise comme origine des phases
ve  V0 cos(t )
Dès lors le courant arrivant dans la diode peut s’écrire sous la forme : i  I 0 cos(t   )
On trouve alors, en étudiant la fonction complexe i/ve, que :
I0 
V0
1  ( RC  ) 2 et   arctg ( RC  )
R
On va observer que le courant suit la tension mais s’annule plus tôt du fait de leur déphasage à la date t0
correspondant à i (t )  I 0 cos(t0   )  0
C'est-à-dire t0  T / 4 
arctg ( RC  )

A t > t0 la diode se bloque et le courant reste nul jusqu’à ce que ve redevienne positif + t1
Lorsque que la diode est passante, la tension à la sortie du filtre, c'est-à-dire aux bornes du
condensateur s’identifie à la tension d’entrée, puis lorsque la diode est bloquée, on observe typiquement la
décharge d’un condensateur dans une résistance.
2) Mise en œuvre pratique
Jouer sur C et montrer que l’on retrouve le signal modulant
« Zoomer » et montrer la charge et la décharge de C
Il faut que THF <   RC << TBF
3) Utilisation d’un filtre passe-haut
Avec l’utilisation de ce filtre, on élimine la composante continue U0 qui avait été artificiellement rajoutée au
signal à transmettre pour l’obtention d’un signal modulé
Conclusion : Procédé « école » qui n’est pas utilisé dans la pratique. Illustre bien de manière rudimentaire le
principe de la transmission d’un signal.
Remarque :
Il existe aussi la démodulation synchrone.
On multiplie le signal modulé capté par le signal porteur.
Ce produit fait apparait la somme de 3 termes. Un terme HF, un terme constant (tous deux éliminables via le
filtre correspondant) et un terme comprenant l’information à réceptionner multiplié par un terme de phase.
Le signal porteur que l’on injecte à la réception doit donc être parfaitement synchrone à celui qui a été utilisé
lors de la création du signal modulé, signal il se peut que le terme de phase s’annule et qu’on perdre de ce fait
l’information à réceptionner.
Pour créé ce signal on utilise une boucle à verrouillage de phase et le signal modulé. (cf BUP)
Pour la modulation de fréquence, la fréquence F du signal porteur est modulée de la façon suivante :
F (t )  F  kU cos(t )