Lycée Jean Perrin - Classe de TSI 1 E. VAN BRACKEL TP de Physique-Chimie TP - EC 9 Opérations électroniques usuelles Point sécurité Tous les branchements doivent être effectués alors que l’alimentation est éteinte (montage comme démontage). Objectifs à réaliser sur les deux séances : 2) Addition/soustraction On peut aussi sommer très simplement des signaux en utilisant les deux entrées, comme sur le schéma ci-contre. La tension de sortie vaut alors Vs = −(Ve,1 + Ve,2 ). • Etudier différents circuits permettant d’effectuer des opérations simples de traitement Si on choisit des résistances non identiques dans le montage, on peut changer les produ signal, et les cumuler sans problème d’impédance. portions de chaque entrée. • Observer une technique de modulation et démodulation courante. Principe : L’idée est d’observer les diverses opérations réalisables en électronique, pouvant se cumuler en prenant quelques précautions. On l’appliquera en particulier à la démodulation selon une technique dite "détection synchrone". I C’est à vous ! Effectuer la somme de deux sinusoïdes de fréquences différentes par exemple 300 et 400 Hz. Observer à l’aide du mode FFT le signal somme et conclure. Opérations de base à l’aide d’un AO (1ère séance) Un amplificateur opérationnel (AO) est un circuit électronique comportant quelques transistors et un condensateur, permettant de réaliser simplement des opérations mathématiques. Il est alimenté par une tension continue ±15 V et possède deux entrées notées + et -, et une sortie. On n’étudiera pas ici la façon de comprendre les montages proposés, juste connaître un petit panel d’opérations faisables à l’aide de ce dernier. 1) 3) Filtrage passe-bas Outre ces deux opérations mathématiques, il est possible d’employer les AO pour effectuer du traitement du signal. L’avantage est que la résistance de sortie d’un AO est très faible, ce qui permet d’associer plusieurs montages à AO pour cumuler les effets, et ce sans problème d’adaptation d’impédance (cf TP précédent et cours). Amplification Il s’agit simplement de multiplier un signal par un facteur, appelé gain, en général plus grand que 1. Ce facteur est réglé avec les on obtient en sor résistances, R2 tie Vs = 1 + Ve , soit un gain de R1 R2 G=1+ . R1 On propose ici d’observer rapidement l’effet d’un filtre passe-bas dit "actif" (car l’AO est un composant actif, c’est-à-dire alimenté par une source indépendante). C’est à vous ! Réaliser le montage précédent, déterminer qualitativement le comportement du circuit pour une entrée sinusoïdale : on fera varier la fréquence et on déterminera la fréquence de coupure à -3 dB. (Appel professeur 1 ). On vérifiera que la 1 pulsation de coupure correspond à ω0 = RC C’est à vous ! Vérifier le bon comportement du circuit. Qu’observez-vous lorsque vous augmentez trop le gain ? Il s’agit du phénomène de saturation, l’amplificateur opérationnel étant limité en sortie à environ ±12 V. 1 TP - EC 9. OPÉRATIONS ÉLECTRONIQUES USUELLES II Cette technique est beaucoup moins employée de nos jours pour transporter de l’information, même si on trouve toujours des postes radio captant sur des canaux "AM" (= amplitude modulation) ! On va donc illustrer le principe de la FM. Modulation et démodulation (2e séance) 1) Introduction Maintenant que vous avez connaissance de ces briques élémentaires, nous allons pouvoir nous pencher sur une technique de transport de l’information. Etant donné que les fréquences usuelles des informations sont en général inférieures à 50 kHz (voix, informations binaires), il est impossible d’utiliser directement le signal, par exemple une parole, et la transmettre à longue distance (imaginez la cacophonie !). La solution est alors d’utiliser une fréquence beaucoup plus élevée (par exemple 100 MHz pour les radio FM), et de la "moduler" avec l’information à transmettre. Plusieurs techniques sont envisageables : 3) C’est à vous ! A partir d’un GBF produisant la porteuse dont on règle la fréquence à 10 kHz, on emploie un autre GBF, la modulante que l’on relie à l’entrée VCF Input, d’amplitude 1 V et de fréquence 200 Hz. Cela a pour effet de moduler la fréquence de la porteuse, observer le résultat sur l’oscilloscope, ainsi que l’allure du spectre en fréquence avec le mode FFT. (Appel professeur 2 ) • soit on module l’amplitude du signal : s(t) = A(t) cos(ω0 t) où ω0 ∼ 20 MHz • soit on module la fréquence du signal (c’est le cas des radio, FM signifiant "frequency modulation") : s(t) = A0 cos(ω0 (1 + αA(t))) où α est un coefficient. • soit on module la phase du signal,... 2) Modulation de fréquence 4) Démodulation synchrone C’est ce signal modulé qu’une antenne de voiture va capter et va ensuite traiter. Pour se faire, on a besoin d’une fonction mathématique essentielle ici aussi : la multiplication. En effet, un poste radio va multiplier le signal reçu par la porteuse, puis filtrer pour ne récupérer que les basses fréquences. Modulation d’amplitude C’est à vous ! A l’aide d’un multiplieur, un circuit intégré, mettre en oeuvre la technique de modulation d’amplitude. On enverra sur ses deux entrées deux signaux sinusoïdaux : la "porteuse" ( de fréquence élevée et servant à transporter l’information), et la "modulante" (fréquence au moins 10 fois plus faible que celle de la porteuse, à laquelle on ajoutera un "offset", c’est-à-dire une composante continue) qui est l’information à transporter. Observer en sortie du multiplieur l’effet d’un changement de l’offset, de l’amplitude du signal modulant. C’est à vous ! Sachant que le signal issu de la multiplication n’a d’intérêt que pour les fréquences autour de la modulante, proposer un protocole expérimental pour récupérer le signal modulant utilisant le multiplieur, deux amplificateurs opérationnels et les composants usuels, le but étant d’obtenir en sortie un signal quasiment de même amplitude que le signal modulant. (Appel professeur 3 ) 2 E. VAN BRACKEL