Thème n°2 Production,émission et réception d`un son

Thème n°2 :
Produire des signaux communiquer
Spécialité
2 Produire des signaux, communiquer
2.1 Emission et réception d'une onde hertzienne
Les ondes hertziennes, utilisées pour les transmissions d'informations, sont de même nature que la lumière
visible (ou autres : infra-rouge, ultra-violet, rayons gamma). Ce sont des ondes électromagnétiques
correspondant à la propagation, dans le vide ou la matière, de la variation d'un champ électrique et d'un
champ
magnétique.
2.2 Les ondes hertziennes
Les ondes hertziennes sont des ondes électromagnétiques de longueurs d'onde supérieures à 1 mm.
Comme toutes les ondes, une onde hertzienne est caractérisée par une fréquence f et une longueur d'onde
 telles que :
= c / f
c désignant la vitesse de propagation égale à la vitesse de la lumière.
Les communications radio utilisent le domaine des basses, moyennes et hautes fréquences (BF, MF, HF)
dont les longueurs d'onde sont de plusieurs mètres. La télévision utilise les très hautes (THF ou VHF) ou
ultrahautes (UHF) fréquences. Les transmissions par satellites se situent dans les superhautes (SHF) et
extrahautes fréquences (EHF).
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Produire des signaux communiquer
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2.3 Réalisation d’un oscillateur électrique: La porteuse
2.3.1 Obtention d’oscillations électriques:

Observations des oscillations libres :
Réaliser le montage suivant en prenant les valeurs suivantes :
Condensateur de capacité 1F, bobine d’inductance L = 1 H et R = 0.
2
Régler la tension du générateur à 6V.
Charger le condensateur en position 2.
Lancer le logiciel Généris 5+ et entrer les paramètres d’acquisition.
Lancer l’acquisition, le logiciel reste en attente… Lorsque vous basculez en position 1, vous provoquez le
décharge du condensateur l’acquisition commence
Quel phénomène observe-t-on ?
Calculer la pseudo-période des oscillations.
Comparer cette valeur avec la période propre du circuit LC donné par :
T= 2 

LC
Influence de la capacité du condensateur :
Refaire une acquisition en ajoutant une nouvelle courbe. Faire les mesures pour C= 100 nF, les autres
grandeurs étant inchangées (bobine de L=1H et R = 0).
Calculer la nouvelle période des oscillations.
En déduire l’influence de C sur les oscillations.
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
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Influence de l’inductance de la bobine :
Refaire une acquisition en ajoutant une nouvelle courbe pour L=0,5H, les autres grandeurs étant
inchangées (condensateur 1F et R = 0).
Calculer la nouvelle période des oscillations.
En déduire l’influence de L sur les oscillations.

Influence de la résistance du conducteur ohmique :
Refaire une acquisition en ajoutant une nouvelle courbe avec R (de 0 à 300 de 100 en 100 ), les
autres grandeurs étant inchangées (condensateur 1F, bobine de L=1,0H). En déduire l’influence de R sur les
oscillations. Imprimer le graphique avec toutes les courbes
2.3.2 Principe de l’oscillateur LC à résistance négative :
L’entretien des oscillations nécessite l’apport d’une puissance électrique équivalente à la puissance
dissipée par le circuit par effet joule (P = r i 2). Cet apport de puissance peut être réalisé par un générateur
auxiliaire délivrant une tension proportionnelle au courant qu’il débite.
L’amplificateur opérationnel est parfait : i+ = i- =0 et
fonctionne en régime linéaire donc VA =VB
cela entraîne VS - VB = VS-VA
tensions, on a :
d’où R i = R i’
d’où i = i’
D’autre part d’après l’additivité des
UG = (VA -VB) + (VB -VM)= 0+R0i’
UG = +R0 i
Le montage fournit bien une tension UG proportionnelle au courant débité.
Dans le circuit oscillateur, la résistance d’entrée négative permet de compenser la résistance parasite (r) du
circuit LC.
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Circuit équivalent :
Lorsque R0 = r , les résistances s’annulent.
L’oscillateur ne sera pas amorti.
Représenter les oscillations observées avec ce nouveau montage sur le chronogramme ci-dessus.
2.3.3 Etude d'un oscillateur entretenu par un générateur "résistance négative"

Etablir l’équation différentielle d’un circuit oscillant RLC « Cas de l’oscillateur à
résistance négative »

Quelle doit être la valeur de Ro pour obtenir une équation différentielle d’un circuit LC ?

Quelle doit être l’expression de o si la solution est de la forme uc = Um cos ( o.t +  ) ?

Donner l’expression de la fréquence f o.

Influence de L, C et R sur f o.
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2.4 Emission et réception
Connecter une antenne émettrice (fil ou cadre) entre l'inductance et le condensateur ;
connecter une antenne réceptrice à l'autre voie de l'oscilloscope.
2.4.1 Emission
Le passage d'un courant sinusoïdal dans un conducteur crée autour de celui-ci une onde
électromagnétique constituée par l'ensemble d'un champ électrique E et d'un champ magnétique
B dont les valeurs varient au cours du temps avec la fréquence fo de l'oscillateur.
Les amplitudes, Em et Bm, de ces champs dépendent de la configuration du circuit et sont
plus importantes si le circuit est relié à un conducteur ayant une extrémité libre.
Ainsi, le fil branché sur le circuit oscillant (L, C) constitue une antenne émettrice qui
émet une onde électromagnétique dans l'espace environnant.
Une partie de l'énergie du circuit est alors dissipée sous forme d'énergie rayonnée.
L'ensemble de l'oscillateur et de son antenne constitue un émetteur d'ondes hertziennes.
L'oscillateur d'étude que nous avons réalisé a une portée très limitée : il manque de puissance il
faudrait l'associer à un amplificateur.
2.4.2 Réception
Examinons le cas du fil relié à l'oscilloscope. Chacune des charges électriques de ce fil est
soumise à une force électrique F = q . E due à la présence du champ électrique créé par
l'émetteur.
Les électrons libres de ce conducteur métallique vont donc se mettre en mouvement
suivant la direction du champ électrique, ce qui entraîne l'apparition d'un courant dans le
conducteur. Le champ électrique E étant alternatif, ce courant est également alternatif. Un tel
conducteur constitue une antenne réceptrice.
La réception est maximale lorsque son orientation est parallèle à celle du champ
électrique et, donc, à celle de l'antenne émettrice.
Ce type d'antenne, constituée d'une seule tige métallique sensible au champ électrique de
l'onde, se rencontre, par exemple, dans l'équipement autoradio, les récepteurs portables, les
radiotéléphones..., mais il existe d'autres types d'antennes, notamment des antennes en forme de
boucles, sensibles au champ magnétique de l'onde.
Un circuit oscillant peut émettre, par l'intermédiaire d'une antenne, des ondes
électromagnétiques appelées ondes hertziennes. Ces dernières sont captées par une antenne.
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