Mini Projet sur le casque Infrarouge (cours: TP

PROJET ANALOGIQUE TS1 EN - 1ER SEMESTRE CASQUE INFRAROUGE
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PROJET ANALOGIQUE 1ER TRIMESTRE TS1 EN
CASQUE INFRAROUGE
DEFINITION DU PROJET.
L'utilisation d'un casque audio associé à différentes sources sonores non transportables (ex: télévision, chaîne
HI-FI etc...) pose des problèmes de confort d'utilisation. En effet la liaison filaire est souvent pénible, elle occa-
sionne une gêne permanente en limitant les mouvements à une distance extrêmement courte (1 ou 2m). Le
casque infrarouge apporte alors l'avantage de supprimer toute liaison matérielle entre l'émetteur et le récep-
teur. La distance étant toutefois limitée (environ 6 à 7m pour les versions commercialisées). Ce projet débou-
chera donc à l’étude et à la réalisation de deux objets technique par deux équipe différentes (Un émetteur et
un récepteur).
PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT.
Le principe fait appel à une transmission de type infrarouge entre un émetteur et le récepteur incorporé au
casque. La transmission de signaux analogiques par infrarouge nécessite une modulation (Ici on utilisera la
modulation de fréquence) (Voir article Electronique Radio Plan N°481).
A) ETUDE FONCTIONNELLE ET STRUCTURELLE DE L'EMETTEUR INFRAROUGE (PROJET
N°1).
(voir schéma fig. 10 p 26 de l’article Radio plan N°481, et schéma structurel de l’émetteur page 7).
SCHEMA FONCTIONNEL DE 1ER DEGRE DE L'EMETTEUR.
Diminution du
rapport cyclique
Préaccentuation
des fréquences
élevées
Filtrage
passe bande
Amplification
de tension
Conversion tension
rayonnement
infrarouge
Fp1 Fp2 Fp3
Fp4 Fp5 Fp6
rayonnement
IR
Signal à
transmettre
OT
V4 V5
V1 V2
V3
Modulation
de fréquence
d'une porteuse
1) ETUDE DE FP1: AMPLIFICATION DE TENSION (SORTIE BROCHE 14 DE U5D).
1a) Etude statique: (En continu, tous les condensateurs de liaisons seront remplacés par des circuits ou-
verts)
 a1) Quelle est la structure canonique (Nom courant donné à une structure) réalisée par le montage à ALI U5D
en statique ? Attention: Les condensateurs sont enlevés.
 a2) Calculer le potentiel en statique de la sortie. Justifier la réponse.
1b) Etude dynamique: (Etude pour les signaux variables, tous les condensateurs de liaisons seront rem-
placés par des courts-circuits, les polarisations continues seront ignorées).
 b1) Calculer l'amplification de l'étage (V1/Ve). Rem: Le potentiomètre R1 sera supposé à fond.
 b2) Donner l'expression de la fonction de transfert de FP1 en tenant compte de C3 en entrant sur l'armature (-
) de C3 (on ne tient pas compte de C1 et R1).
 b3) Quel est le rôle de R5, R6, C6 ?
2) ETUDE DE FP2: FILTRAGE PASSE BANDE.

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Schéma fonctionnel de FP2
Filtrage
passe haut Filtrage
passe bas
Fp2
fs21 fs22
V1 V2
Vx
Etude de fs21 et fs22:
 1) Quelles sont les noms des structures canoniques réalisées par les montages à ALI U5C et U5B?
 2) Donner l'expression des fonctions de transfert de fs21 et fs22
Ex: T21(j.w)V2
V1
.
Remarque: On demande l’expression littérale de chaque fonction de transfert sous la forme canonique.
 3) Donner l'expression de 0 , f0 et de m (coefficient d’amortissement ) pour chaque filtre.
 4) Mettre les fonctions de transfert sous forme d'un produit de fonction du 1er ordre (si cela est possible).
 5) Tracer le diagramme asymptotique de bode en gain de la fonction de transfert de FP2 complète.
 6) Effectuer la simulation complète ( gain, phase et impédance d'entrée), des montages à l'aide d’Orcad
Pspice. Modifiez si besoin les valeurs de composants pour avoir pour FP2 une bande passante à -3db de 20Hz,
20kHz.
3) ETUDE DE FP3 : PREACCENTUATION DES FREQUENCES ELEVEES.
1) Donner l'expression de la fonction de transfert de FP3.
2) Vérifier avec les valeurs des composants du schéma si la structure répond au gabarit donné fig. 11 p26
de l’article de radio plan N°481.
4) ETUDE DE FP4 : MODULATION DE FREQUENCE D'UNE PORTEUSE.
1) A l'aide de la documentation fournie du circuit 4046, expliquez de manière qualitative le principe de la
modulation de fréquence par utilisation d'un VCO (voltage control oscillator).
Donner la fréquence centrale de travail du VCO (Voltage control oscillator), en vous aidant de la documen-
tation RTC.
Donner la déviation de fréquence possible.
Remarque: en cas de présence d'éléments ajustables, on donnera les plages de réglage.
2) Effectuer sur plaque d'essais la manipulation jointe en annexe 1 sur la modulation de fréquence.
5) ETUDE DE FP5 : DIMINUTION DU RAPPORT CYCLIQUE.
1) A l'aide des documents fournis (article radio plan N°481) justifiez la présence de la fonction FP5.
2) A l'aide de la documentation constructeur du 4017, établir les chronogrammes des signaux VQ1 (broche
2) et VQ5 (broche 1) du circuit U2 (4017).

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6) ETUDE DE FP6 : CONVERSION TENSION RAYONNEMENT INFRAROUGE.
1) Etudiez la structure de FP6 sans le condensateur C30. Montrez que l’ensemble R30, Q1, Q2, R32, D4,
D5 réalise un générateur de courant commandé par le signal V5.
2) Vérifiez en simulation à l’aide de PSPICE, le fonctionnement du générateur de courant en utilisant une
charge résistive variable (utilisation d’un paramètre). On placera en V5 un générateur (Stimuli) reproduisant
au mieux le signal V5 étudié précédemment.
3) Ajouter le condensateur C30 et ajustez en simulation sa valeur pour obtenir des commutations rapide du
courant dans la charge. Prendre cette fois une charge R fixe et paramétrez la valeur du condensateur C30.
4) Cherchez des documentations sur les diodes émettrices infrarouge, et exploitez ces documentations
pour obtenir le courant maximum (crête) et le courant moyen (maximum permanent) que l’on peut utiliser
pour obtenir une portée maximum de l'émetteur. Modifiez éventuellement R32 en conséquence.
5) Faire un bilan de puissance dans chaque élément (Transistor, résistance,...), et déterminez le choix de
puissance des résistances, et ajoutez éventuellement des radiateurs aux transistors.
B) ETUDE FONCTIONNELLE ET STRUCTURELLE DE LA RECEPTION INFRAROUGE (PROJET
N°2).
Voir schéma structurel du récepteur fourni et l’article Radio Plan (figure 12 page 27). Attention: Sur l’article de
radio plan, la nomenclature des CI sur la partie récepteur est fausse. Se reporter aux explications dans le texte
pour retrouver IC1 à IC4. De plus il faudra analyser le schéma structurel (Radio plan) avec un oeil critique. Ce-
lui-ci comportant quelques oublis ou erreurs: masse ou alimentation de circuits).
SCHEMA FONCTIONNEL DE 1ER DEGRE DU RECEPTEUR.
1) ETUDE DE FP1 : CONVERSION IR TENSION ET AMPLIFICATION A GAIN CONTROLEE.
1) Etudiez la documentation du SL486 de GEC PLESSEY, et localisez les différents étages d’amplification
à gain variable sur le schéma fonctionnel de ce circuit. Remarque: La documentation est disponible au for-
mat pdf pour insertion d’éléments (textes ou graphiques) dans votre dossier.
2) Localisez la fonction “détection crête et contrôle automatique de Gain”. Remarque: Le contrôle Automa-
tique de Gain est appelé CAG en français ou AGC en anglais. Donnez un schéma fonctionnel simplifié à un
seul étage d’amplification pour un tel contrôle, et expliquez en quoi l'amplification du montage est contrôlée.
2) A l'aide de la documentation constructeur, explicitez le rôle des condensateurs reliés aux broches 5, 6,
15, 8 (composants annexes au circuit SL486).
Filtrage et
désaccentuation des
fréquences élevées
Amplification
de tension
Fp1 Fp2
Fp3 Fp4
rayonnement
IR Conversion IR tension
et amplification contrôlée
Démodulation
de fréquence
(c.a.g)
Signal à
transmettre
OT
V1
V2
V3 V4
Fp5
Amplification de
puissance

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2) ETUDE DE FP2 : AMPLIFICATION DE TENSION.
a) Etude statique (En continu, tous les condensateurs seront remplacés par des circuits ouverts).
 a1) Quelle est la structure canonique réalisée par le montage à ALI U2A.
 a2) Calculer le potentiel de la sortie. Justifier la réponse.
b) Etude dynamique simplifiée (Etude pour les signaux variables, tous les condensateurs de liaisons seront
remplacés par des courts-circuits, les polarisations continues seront ignorées.)
Calculer l'amplification de l'étage
c) Etude dynamique complète (tous les condensateurs de liaisons seront rétablis)
 c1) Donner l'expression de la fonction de transfert de FP2.
 c2) Tracer les diagrammes asymptotiques de bode en gain et en phase de cette fonction de transfert.
 c3) Effectuer la simulation complète du montage à l'aide de Pspice utilisé en analyse Harmonique.
 c4) Le signal V1 est un signal qui ressemble au signal V5 de l’émetteur mais dont l’amplitude crête à crête est
de l’ordre de 0,5V (f=100kHz, rapport cyclique 20%). Déduire de l’analyse Harmonique en simulation, le choix de
la structure amplificatrice, et critiquez le choix de l’ALI utilisé en comparant par rapport à la documentation de cet
ampli.
 c5) Effectuer la simulation du montage à l'aide de Pspice utilisé en analyse transitoire, en cherchant à générer
un signal d’entrée (V1) conforme à la question c4 précédente.
3) ETUDE DE FP3 : DEMODULATION DE FREQUENCE.
1) A l'aide de la documentation fournie sur le 4046 expliquez de manière qualitative le principe de la démo-
dulation de fréquence par "boucle à verrouillage de phase".
2) A l'aide de la documentation constructeur du circuit 4046 :
- Donnez la fréquence centrale de travail du VCO (Voltage control oscillator).
- Donnez la déviation de fréquence possible.
Remarque: en cas de présence d'éléments ajustables, on donnera les plages de réglage.
3) Effectuer sur plaque d'essais la manipulation jointe en annexe 1 sur la modulation de fréquence.
4) ETUDE DE FP4 : FILTRAGE ET DESACCENTUATION DES FREQUENCES ELEVEES.
Schéma fonctionnel de FP4.
Filtrage
passe bas
Fp4
fs41 fs42
Va
Désaccentuation
des fréquences
élevées
V3 V4
Etude dynamique complète de fs41
1) Quelle est le nom de la structure canonique réalisée par le montage à ALI U2B?
2) Calculez l'expression de la fonction de transfert de fs41, et la mettre sous la forme canonique.
3) Donnez l'expression de w0 , f0 et de m (coefficient d’amortissement).
4) Mettre la fonction de transfert sous forme d'un produit de fonction du 1er ordre (si cela est possible).
5) Tracer le diagramme asymptotique de bode en gain de cette fonction de transfert.
6) Effectuer la simulation complète ( gain, phase et impédance d'entrée) du montage à l'aide de Pspice.
Etude de fs42.
Montrer que le choix des composants de fs42 est judicieux, pour compenser la préaccentuation mise en
oeuvre sur l'émetteur. Justifiez la présence de U2C.
5) ETUDE DE FP5 : AMPLIFICATION DE PUISSANCE.

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1) Donnez le nom de la structure composée de Q1 et Q2. Représentez son schéma simplifié en enlevant
R18, R19, R20 et R21, et en court circuitant D1 et D2.
2) Etudiez le fonctionnement de cette structure simplifiée en plaçant en entrée un signal sinusoïdal
d’amplitude 3V à une fréquence de 1 kHz puis de 10kHz en série avec un générateur continu de VDD/2.
On remplacera le haut parleur par une résistance de 8.
Conclure sur la forme d’onde en sortie (déformation appelée distorsion de croisement ou distorsion de rac-
cordement).
3) Ajoutez l’ampli U2D associé à ses composants. L’entrée se fera sur l’armature - du condensateur C18.
On rajoutera les résistance R20 et R21 (mais pas R18, R19, D2, D3). On diminuera l’amplitude du généra-
teur d’attaque pour éviter toute saturation et on enlèvera le générateur VDD/2 en justifiant ces modifica-
tions.
Constatez et justifiez l’amélioration. Et montrez les défauts.
4) Ajoutez les diodes D2, D3, et les résistances R18 et R19. Procédez aux mêmes simulations. Comparez
et déduisez en le rôle des diodes D2 et D3 en expliquant le principe.
5) Donner l'expression de la fonction de transfert de FP5, et vérifiez en simulation AC.
C) FABRICATION ET ESSAIS.
Il s'agit de réaliser un prototype du casque infrarouge en 2 projets réunis (émetteur et récepteur).
Pour chaque projet, on demande:
„ 1 - Essais sur plaques LAB-DEC des fonctions non simulables, avec description des essais (relevés pré-
cis avec conditions de mesure).
„ 2 - Etude en CAO, saisie du schéma structurel à l'aide du logiciel “Orcad Capture” , puis routage du cir-
cuit imprimé à l'aide du logiciel “Layout”. Saisie des empreintes manquantes à l'aide du logiciel “Orcad
Layout”. Impression des masques d'insolation, du schéma d'implantation et de la nomenclature.
„ 3 - Réalisation de la carte (émetteur ou récepteur).
„ 4 - Essais de la carte, avec description des essais nécessaires pour la mise en conformité du prototype.
„ 5 - Définition des caractéristiques complètes de l'appareil terminé (ensemble des deux cartes).
„ 6 - Conclusions, problèmes rencontrés et propositions d'améliorations.
„ 7 - Un compte rendu de l'étude et de la réalisation.
D) DOCUMENTS JOINTS:
 Article Radio Plan N°481 (Ensemble de transmission IR large bande).
 Documentation GEC PLESSEY, sur le SL486 (document SL486NADP.pdf).
 Documentation sur la boucle à verrouillage de phase 4046 (documents RTC).
 Manipulation sur la boucle à verrouillage de phase (4046).
E) REDACTION D’UN DOSSIER DACTYLOGRAPHIE.
Chaque binôme devra respecter le planning fourni. Le dossier compte-rendu de projet final devra
obligatoirement être dactylographié, afin d’apprendre à maîtriser les outils informatiques (traitement
de texte avec fusion de courbes et données diverses).