Préparation du TP de télécommunications

INSA Toulouse - Département STPI
3ème année MIC
Année 2009-2010
TP Télécommunications
Préparation du TP de télécommunications
Partie II :
Transmission AM par faisceau infra-rouge:
Etude du récepteur.
(deux séances de TP)
NB: La préparation de TP doit être faite avant la première séance
1 Présentation du dispositif:
Le présent TP a pour objectif de mettre en oeuvre un système de transmission de signal
lumineux infra-rouge fonctionnant en modulation d'amplitude (AM= Amplitude Modulation). La
figure 1 présente le principe de fonctionnement du dispositif.
Le banc optique utilisé est constitué de deux diodes, l'une émettrice, l'autre réceptrice, alignées
sur un rail. Un chariot mobile supportant la diode émettrice permet de faire varier la distance x de la
transmission entre 0 et 1m.
Banc optique
Bloc 1
Génération
du signal
modulé AM
m(t)
Signal
modulant
Diode
émettrice
Bloc 2
s(t)
Commande
de la DEL
(conversion
tension/courant)
Signal
modulé
AM
(porteuse à 100kHz)
Bloc 3
id'(t)
id(t)
Ie(t)
Courant
modulé
AM
s(t)
Amplification
Filtrage
Démodulation
Signal
modulé
AM
(porteuse à 100kHz)
id'(t)
Courant
généré
x
Bloc 4
Conversion
courant/tension
Intensité
lumineuse
Photodiode
réceptrice
Bloc 5
m(t)
Etage de
puissance
Signal
modulant
Haut-parleur
Figure 1: Principe de la transmission AM par signal lumineux.
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Du côté de l'émission, le signal modulant m(t) est l'information à transmettre. Il est tout d'abord
mis en forme, puis multiplié par une porteuse sinusoïdale, de manière à générer le signal AM (bloc
n°1).
Le bloc n°2 assure ensuite la conversion tension/courant. En effet, la diode émettrice génère un
flux lumineux proportionnel à l'intensité du courant qui la traverse. Au niveau du banc optique, le
signal modulé en amplitude est “contenu” dans la variation de l'intensité lumineuse.
Du côté de la réception, la photodiode génère un courant dont l'intensité (électrique) est
proportionnelle à l'intensité lumineuse reçue. Il est nécessaire, dans un premier temps, de convertir
le courant généré par la photodiode en un niveau de tension (bloc n°3).
Le bloc n°4 assure l'amplification, le filtrage et la démodulation du signal AM, pour extraire le
signal modulant.
Enfin, le bloc n°5 est un étage de puissance destiné à débiter sur un haut-parleur. Il est ainsi
possible d'écouter le signal modulant (dans le cas où il s'agit d'un signal audiofréquence).
2 Dimensionnement de la partie réceptrice du montage:
La partie réceptrice du montage (blocs n°3, 4 et 5) est détaillée sur la figure 2.
Bloc 4
Bloc 5
Bloc 3
Bloc 4.1
iR(t)
v2(t)
fC
Filtre
passe-Haut
Gmax
v4(t)
v3(t)
fcB fcH
Amplificateur
sélectif
Haut-parleur
Bloc 4.3
=
Signal
lumineux
modulé AM
v1(t)
Conversion
courant
Tension
/tension
modulée
AM
Bloc 4.2
Détecteur
de crête
m(t)
Etage de
puissance
Démodulation Signal
modulant
Figure 2: Synoptique de la partie réception.
2.1] Etude de la conversion courant/tension:
La conversion courant/tension est assurée par un astucieux montage utilisant un amplificateur
opérationnel (AOP) et une résistance. Lorsque la distance de la transmission optique vaut 50 cm, la
photodiode réceptrice produit un courant électrique inverse pouvant varier entre 0 et 0,5 µA. En
notant ΔIR l'amplitude des variations de ce courant inverse (l'indice R signifie “Reverse”), on a par
conséquent: ΔIR = 0,5 µA.
Le montage proposé pour le bloc 3 génère une composante continue de l'ordre de 5 volts sur sa
tension de sortie, ainsi qu'une variation proportionnelle à celle du courant de la photodiode. La
figure 3 illustre l'allure de la tension v1(t) que l'on obtient en sortie du convertisseur courant/tension.
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Q1- On désire que cette tension ait une amplitude crête à crête égale à ΔV1= 20 mV. Calculer le
gain de conversion tension/courant
V1
 IR
.
Q2- En quelle unité ce gain s'exprime-t-il?
v1(t)
V0
ΔV1
0
t
Figure 3: Allure temporelle de la tension obtenue en sortie du convertisseur courant/tension.
Q3- Le montage proposé pour réaliser la conversion courant/tension est présenté sur la figure 4.
Exprimer le potentiel de l'entrée non inverseuse de l'AOP (V+) en fonction de R4, R7 et de la
tension d'alimentation VCC. On désire que V+ = 5V. Proposer des valeurs numériques pour R4
et R7.
VCC = +15V
R4
OPA 2604
+
_
R7
IR(t)
R3
VD(t)
V1(t)
Figure 4: Montage permettant la conversioncourant/tension.
Q4- Exprimer la tension de sortie v1(t) en fonction de VD, IR et R3.
Q5- Déduire des questions Q3 et Q4 que v1(t) peut s'exprimer sous la forme:
v 1 t=V 0 K⋅I R t
Où V0 et K sont des quantités que l'on exprimera en fonction de VCC, R4, R7 et R3.
Q6- Quelle valeur doit-on choisir pour R3 si l'on désire obtenir le gain de conversion de la question
Q1?
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2.2] Dimensionnement du filtre passe haut:
Le signal v1(t) obtenu en sortie du convertisseur courant/tension est modulé en amplitude, et il
peut s'exprimer sous la forme suivante:
v 1 t  = V 0  A⋅[1⋅mt]⋅cos 2 ⋅f p⋅t p 
Pour simplifier, nous supposons tout au long de cette étude que le signal modulant est
M
⋅cos 2⋅ f m⋅t m 
sinusoïdal: mt  =
2
Q7- Représenter graphiquement le spectre du signal modulé v1(t). Précisez sur votre graphe la
fréquence de chaque raie, ainsi que son amplitude.
Q8- Le filtre passe-haut (bloc 4.1 de la figure 2) sert à couper la composante continue de v1(t),
c'est à dire à supprimer sa valeur moyenne V0, mais sans dégrader la partie variable qui est
porteuse de l'information à transmettre. On appelle fC la fréquence de coupure du filtre passehaut. Quelle relation doit vérifier fC pour satisfaire le cahier des charges. Choisir une valeur
convenable pour fC .
Q9- Proposer un montage de filtre passe-haut passif du premier ordre utilisant un condensateur
(que l'on notera C9) et une résistance (que l'on notera R11). Proposer des valeurs adéquates
pour C9 et R11.
2.3] Dimensionnement de l'étage amplificateur:
L'étage amplificateur réalise non seulement l'amplification du signal, mais aussi un filtrage
passe-bande.
Q10- On désire que la tension v3(t) obtenue en sortie de l'étage amplificateur (bloc 4.2) ait une
amplitude crête à crête ΔV3 = 10 V. Calculer l'amplification nécessaire (en échelle linéaire).
A=
V3
V 2
. Calculer le gain correspondant en décibels.
Q11- Quelle condition doivent vérifier les fréquences de coupure basse (notée fcB) et haute (notée
fcH) du filtre passe-bande afin de laisser passer le signal AM sans le dégrader? Proposer des
valeurs numériques convenables pour fcB et fcH.
Q12- Les amplificateurs opérationnels utilisés lors de ce TP sont du type OPA2604. Leur produit
gain-bande vaut 25 MHz. Un montage amplificateur utilisant un seul AOP permet-il d'obtenir
le gain désiré à la fréquence de la porteuse (fp = 100 kHz)? Quelle solution proposez-vous
pour obtenir le gain voulu à la fréquence désirée?
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2.4] Etude de la démodulation:
Le dispositif de démodulation du signal AM fonctionne sur le principe de la détection de crête,
présenté sur le schéma électrique de la figure 5.
ID3(t)
V3(t)
VD3(t)
R3
C1
V4(t) = m(t)
Signal informatif
Figure 5: Démodulation du signal AM par détection d'enveloppe.
●
●
Lors des phases ascendantes de la tension v3(t), la tension vD3(t) aux bornes de la diode tend
à devenir positive. D3 devient par conséquent passante, et vD3 vaut alors 0,6 Volts.
Lors des phases descendantes de v3(t), celle-ci décroît plus rapidement que v4(t). vD3 devient
négative, et la diode se bloque, isolant la cellule [R3;C1] du reste du circuit. A partir de cet
instant, le condensateur C1 se décharge à travers R3, et on observe une décroissance
exponentielle (lente) de v4(t).
Q13- Représenter sur un même graphe les tensions v3(t) et v4(t).
Q14- Le choix de la constante de temps R3C1 du circuit de démodulation est le résultat d'un
compromis. En effet, celle-ci ne doit être choisie ni trop faible, ni trop grande. Expliquer ce
qu'il se passe si la constante de temps R3C1 est choisie trop faible. Sur le même graphe que
celui de la question Q13, représenter l'allure obtenue pour v4(t) lorsque R3C1 est choisie trop
faible.
Q15- Même question lorsque la constante de temps R3C1 est choisie trop grande. Représenter sur le
graphe l'allure de la tension de sortie v4(t).
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