Opérations électroniques usuelles I Opérations

Lycée Jean Perrin - Classe de TSI 1 E. VAN BRACKEL TP de Physique-Chimie
TP - EC
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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 :
•Etudier différents circuits permettant d’effectuer des opérations simples de traitement
du signal, et les cumuler sans problème d’impédance.
•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 démodula-
tion selon une technique dite "détection synchrone".
I Opérations de base à l’aide d’un AO (1ère séance)
Un amplificateur opérationnel (AO) est un circuit électronique comportant quelques transis-
tors 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) Amplification
Il s’agit simplement de multiplier un si-
gnal par un facteur, appelé gain, en gé-
néral plus grand que 1. Ce facteur est ré-
glé avec les résistances, on obtient en sor-
tie Vs=1 + R2
R1Ve, soit un gain de
G = 1 + R2
R1
.
Vérifier le bon comportement du circuit. Qu’observez-vous lorsque vous augmen-
tez trop le gain ? Il s’agit du phénomène de saturation, l’amplificateur opérationnel
étant limité en sortie à environ ±12 V.
C’est à vous !
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).
Si on choisit des résistances non identiques
dans le montage, on peut changer les pro-
portions de chaque entrée.
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.
C’est à vous !
3) Filtrage passe-bas
Outre ces deux opérations mathématiques,
il est possible d’employer les AO pour ef-
fectuer du traitement du signal. L’avan-
tage est que la résistance de sortie d’un
AO est très faible, ce qui permet d’asso-
cier plusieurs montages à AO pour cumuler
les effets, et ce sans problème d’adaptation
d’impédance (cf TP précédent et cours).
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).
Réaliser le montage précédent, déterminer qualitativement le comportement du
circuit pour une entrée sinusoïdale : on fera varier la fréquence et on détermi-
nera la fréquence de coupure à -3 dB. (Appel professeur 1). On vérifiera que la
pulsation de coupure correspond à ω0=1
RC
C’est à vous !
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TP - EC 9. OPÉRATIONS ÉLECTRONIQUES USUELLES
II 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 fré-
quences 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 tech-
niques sont envisageables :
•soit on module l’amplitude du signal : s(t) = A(t) cos(ω0t) où ω0∼20 MHz
•soit on module la fréquence du signal (c’est le cas des radio, FM signifiant "frequency
modulation") : s(t) = A0cos(ω0(1 + αA(t))) où αest un coefficient.
•soit on module la phase du signal,...
2) Modulation d’amplitude
A l’aide d’un multiplieur, un circuit intégré, mettre en oeuvre la technique de mo-
dulation 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’in-
formation 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 !
Cette technique est beaucoup moins employée de nos jours pour transporter de l’infor-
mation, même si on trouve toujours des postes radio captant sur des canaux "AM" (=
amplitude modulation) ! On va donc illustrer le principe de la FM.
3) Modulation de fréquence
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’ampli-
tude 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)
C’est à vous !
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.
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 si-
gnal 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)
C’est à vous !
2E. VAN BRACKEL