1) Introduction générale
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COLLADO Sylvain COUQUE Matthieu L2 Groupe B Projet de transmission de l’information -1- Projet d’electronique n°2 GBF COLLADO Sylvain COUQUE Matthieu SOMMAIRE 1) INTRODUCTION GENERALE ......................................... - 3 - 2) CAHIER DES CHARGES ................................................... - 4 - 3) SCHEMA FONCTIONNEL ................................................. - 5 - 4) SCHEMA STRUCTUREL ................................................... - 6 - 5) EXPLICATION DES DIFFERENTS MODULES ............ - 7 - 1. LE VCO ...................................................................................................................... - 7 a. Génération du signal carré : le trigger.......................................................... - 7 b. Génération du signal triangulaire : l’intégrateur ........................................... - 8 c. Circuit de commande de la fréquence : le suiveur/inverseur ....................... - 9 d. Commande du rapport cyclique ................................................................. - 10 2. APPROXIMATION D’UN SIGNAL SINUSOÏDAL .................................................................. - 11 3.MULTIPLEXAGE ET SIGNAL DE COMMANDE ................................................................... - 12 - 6) DOSSIER DE TEST ............................................................ - 13 - 7) ESTIMATION DES COUTS ............................................. - 14 - 8) PERSPECTIVES D’AMELIORATION ........................... - 15 - 9) CONCLUSION .................................................................... - 16 - -2- Projet d’electronique n°2 GBF COLLADO Sylvain COUQUE Matthieu 1) Introduction générale Cette année nous avons commencé a étudier la tranmission de l’information. Cette matière s’intéresse à l’émission et la réception d’onde magnétique transmettant des données. Mais avant d’émettre il faut pouvoir coder ces données pour ne pas les perdre ni les mélanger. Ceci implique de les décoder après la réception pour pouvoir les lire. Lors de ce projet de transmission de l’information nous devons réaliser une simulation d’un codage de signal en émission à partir d’un courant créneau. Puis nous allons ensuite effectuer différents filtrages en réception pour arriver à le décoder. Nous avons aussi programmé un exécutable capable de décoder un texte en ascii. L’émission à lieu depuis le bureau de M Achvar et nous la recevons grâce à un petit récepteur branché sur le port parallèle de l’ordinateur. Nous avons donc réalisé, en simulation, un système électronique d’émission réception complété par un programme informatique facilitant sa lecture. -3- Projet d’electronique n°2 GBF COLLADO Sylvain COUQUE Matthieu 2) Cahier des charges - Le circuit réalisé doit être capable de coder un signal carré en un signal variant en fréquence. - Un filtre passe très bas doit nous permettre de voir les changements de phase du signal initial. - Un programme capable de retrouver le code attaché a notre numéro de binôme émis depuis une autre pièce et reçu par le port parallèle. -4- Projet d’electronique n°2 GBF COLLADO Sylvain COUQUE Matthieu 3) Schéma fonctionnel Tension de commande Vk Le trigger inverseur Le suiveur / inverseur Intégrateur Génération d’un signal carré compris entre +6 et -6 Génération d’un signal carré d’amplitude Vk Génération d’un signal triangulaire Signal sinusoïdal Approximation de la fonction sin (x) Signal carré Signal sinusoïdal Signal triangle Interrupteurs de commande des signaux Multiplexeur Portes NAND Sortie du GBF -5- Projet d’electronique n°2 GBF COLLADO Sylvain COUQUE Matthieu 4) Schéma structurel -6- Projet d’electronique n°2 GBF COLLADO Sylvain COUQUE Matthieu 5) Explication des différents modules Comme tout montage électronique le générateur basse fréquence que nous avons monté est composé de plusieurs modules que nous allons étudier un par un Le GBF est constitué d’un VCO comprenant un trigger permettant de générer le signal carré, un suiveur inverseur permettant le traitement du signal de commande de fréquence Vk, et d’un intégrateur qui génère le signal triangulaire, enfin un circuit effectuant une approximation de la fonction sin(x) branché en sortie de l’intégrateur génère le signal sinusoïdal. 1. Le VCO a. Génération du signal carré : le trigger Le montage utilisé pour générer le signal carré est celui du trigger inverseur. C’est un comparateur à hystérésis. Ce montage est un comparateur, c’est un montage instable, et la tension de sortie passe de Vcc+ à Vcc- en fonction de la valeur de la tension d’entrée. L’AO est alimenté en +6v -6v, le signal carré va donc varier entre +6v et-6v. Les seuils de basculement peuvent soit être obtenu par le calcul soit expérimentalement en entrant un signal sinusoïdale dans ce module. -7- Projet d’electronique n°2 GBF COLLADO Sylvain COUQUE Matthieu Une fois intégré dans le VCO, le signal en entrée provient de la sortie de l’intégrateur c’est donc un signal triangulaire. Le signal de sortie du trigger est donc un signal carré ayant une amplitude de 6v et de même fréquence que le signal entrant. b. Génération du signal triangulaire : l’intégrateur L’intégrateur permet d’obtenir un signal triangulaire à partir d’un signal carré. Cette intégration du signal est possible grâce à l’association de la résistance avec le condensateur. Mais il faut vérifier que la constante RC soit suffisamment grande devant la période des signaux générés. A résistance Rp sert à débarrasser le condensateur de la composante continue de sa charge due à la tension d’offset et sa valeur est calculée de manière à se comporter comme un circuit ouvert pour les fréquences générées. Comme pour le trigger l’intégrateur à un signal de sortie qui a la même fréquence et la même amplitude que le signal d’entrée. Voilà la réponse de l’intégrateur à un signal carré : -8- Projet d’electronique n°2 GBF COLLADO Sylvain COUQUE Matthieu c. Circuit de commande de la fréquence : le suiveur/inverseur C’est cette partie du VCO qui va nous permettre de pouvoir modifier la fréquence des différents courants. La modification de la fréquence de ces signaux se fait en modifiant la valeur d’une tension continue en entrée du suiveur/inverseur : Vk. L’utilisation du transistor permet le passage d’un montage suiveur à un montage inverseur : -quand Ve < 0,6V le circuit est équivalent à un suiveur, donc Vs = Vk -quand Ve > 0,6V le circuit est équivalent à un inverseur, donc Vs = -Vk Ceci est du au fonctionnement du transistor, on a déterminé que le seuil de basculement est de 0,6V, donc : pour Ve < 0,6V le transistor est bloqué et aucun courant ne circule dans RC, et pour Ve > 0,6 le transistor est saturé donc le transistor conduit. Ainsi nous obtenons un signal carré d’amplitude égal à la valeur de vK mais aussi un signal en phase avec le triangulaire à la sortie de l’A0. Ce montage nous permet de modifier la fréquence des signaux générés : en modifiant la valeur de Vk, on modifie le temps de charge du condensateur du circuit RC dans le montage intégrateur, ce qui modifie la fréquence des signaux générés. -9- Projet d’electronique n°2 GBF COLLADO Sylvain COUQUE Matthieu d. Commande du rapport cyclique L’intégrateur à besoin d’une modification pour mieux s’adapter au rapport cyclique. La résistance en entrée est remplacée par un potentiomètre de 10kOhm associé à deux diodes antiparallèles. La résistance totale du potentiomètre se partage en deux parties égale à α.R sur la branche D1 et une autre fraction égale à (1 – α).R sur la branche D2 selon le sens du courant. On peut ainsi modifier la transmittance isochrone du montage en manipulant la valeur du potentiomètre. L’utilisation des diodes permet d’obtenir une résistance d’entrée différente selon le signe de Ve. Cette modification permet donc de modifier le rapport cyclique en manipulant le potentiomètre. - 10 - Projet d’electronique n°2 GBF COLLADO Sylvain COUQUE Matthieu 2. Approximation d’un signal sinusoïdal Cette partie du GBF est située à l’extérieur du VCO, elle reçoit le signal triangulaire en entrée et le transforme en signal sinusoïdal. Cette transformation correspond à une fonction non linéaire f(x). Cette fonction non linéaire est réalisée grâce à la caractéristique naturelle d’une paire de diodes anti-parallèles. La fonction f(x) est une approximation de la fonction sinus sur l’intervalle [-/2, /2] qui peut être réalisée par à l’aide d’une paire de diodes. En effet l’association de ces 2 diodes permet de synthétiser un sinus hyperbolique. De plus une entrée en courant produisant déjà une tension de sortie en sh-1 , nous allons ainsi approcher la fonction sin(x) au moyen d’une polarisation appropriée des deux diodes. Cependant, comme nous le verrons dans le dossier de test, le signal obtenu n’est pas parfait et que cette méthode n’est pas la meilleure. - 11 - Projet d’electronique n°2 GBF COLLADO Sylvain COUQUE Matthieu 3.Multiplexage et signal de commande Le mutliplexage permet grâce à deux interrupteurs d’obtenir les trois signaux sur la même sortie en les selectionnant auparavant. Les deux interrupteurs nous permettent grâce à un réseau de porte NAND d’obtenir trois signaux liés à l’ouverture des interrupteurs. Grâce à cette table de vérité nous avons fait un schéma de porte NAND nous permettant d’avoir Vc ,Vt, Vs en sortie de trois portes différentes. En branchant correctement ces trois sorties sur le multiplexeur nous pouvons commandé quel sera le signal en sortie du multiplexeur et donc du GBF. Il suffit de relier les trois sorties utilisés par le multiplexeur et ainsi nous obtenons le signal carré ou triangulaire quand juste une des interrupteurs est sur ON et le sinusoïdale quand les deux le sont. - 12 - Projet d’electronique n°2 GBF COLLADO Sylvain COUQUE Matthieu 6) Dossier de test Comme dans tout les projets nous avons du tester un à un les différents modules pour chercher d’où venait les diverses pannes que nous avons eu. -Trigger inverseur On applique à l’entrée du montage un signal triangulaire ou sinusoïdal. En sortie nous devons voir un signal carré en opposition de phase avec le signal d’entrée mais qui a les mêmes amplitudes. -Le suiveur inverseur On attaque le montage avec un signal sinusoïdal en Ve et en Vk avec un signal TTL continue. On récupère un signal carré de même amplitude que Vk mais en opposition de phase avec Ve -L’intégrateur En prenant un signal carré à partir du GBF du laboratoire nous devons obtenir un signal triangulaire de même fréquence et de même amplitude. -Génération du signal sinusoïdal Nous faisons entrer un signal triangulaire pour obtenir une sinusoïde ayant même amplitude et même phase. -Analyse harmonique par Wobulation On commence par déterminer la fréquence de résonance du circuit, puis on attaque le circuit avec le signal de sortie de l’intégrateur du VCO, la tension de commande de fréquence du VCO est une tension continue à laquelle on superpose un signal sinusoïdal de manière à générer la résonance du circuit. On câble la sortie du filtre avec un détecteur d’enveloppe et on observe Vk et le signal de sortie du filtre en mode XY. On doit observer la courbe de réponse du filtre. Ici on doit trouver la courbe d’un filtre passe-bande. -Circuit de portes NAND En faisant entrer un courant de 5 volts dans les interrupteurs il nous suffisait de les ouvrir et de les fermées à tour de rôle et d’observer les sorties finales Vs,Vt,Vc. -Multiplexeur Il suffit de regarder les différentes sorties en fonction des valeurs des interrupteurs Tous ces tests ont été effectués lors de la réalisation de ce projet et on été validés avec succès. - 13 - Projet d’electronique n°2 GBF COLLADO Sylvain COUQUE Matthieu 7) Estimation des coûts Voilà la liste et le prix des différentes pièces du circuit. Nous ne prenons pas en compte le prix de la plaquette, les fils utilisés ni les composants grillés. 74HC00N : 2 pièces = 0.61*2 = 1.22 TL084 : 2 pièces = 1.27*2 = 2.54 74HC4066N : 1 pièce = 0.71*1 = 0.71 Potentiomètre : 1 pièce = 1.09*1 = 1.09 N4148A52A : 1 pièce = 2.13*1 = 2.13(paquet de 100) Condensateur : 1 pièces = 0.81*1 = 0.81(paquet de 50) Transistor : 1 pièce = 0.99*1 = 0.99 Commutateur : 1 pièce = 2.75*1 = 2.75 TOTAL 12.24 - 14 - Projet d’electronique n°2 GBF COLLADO Sylvain COUQUE Matthieu 8) Perspectives d’amélioration Le signal sinusoïdal peut être amélioré car sa qualité n’est pas très bonne. Limité à certaines fréquences (entre 100 Hz et 10 kHz), le générateur pourrait couvrir une bande de fréquence plus élevée afin d’étendre ses possibilités. De plus il faudrait intégrer un afficheur pour visualiser la valeur de la fréquence en temps réel car nous pouvons la faire varier mais sans voir sa valeur. Il faudrait aussi diminuer le nombre d’entrée car nous en utilisons 3(+6v,-6v et le TTL) en faisant un petit module qui à partir du 6 volts nous permet d’obtenir les autres tensions désirées. Finalement on pourrait faire permettre au générateur de varier en amplitude car jusqu’à présent la variation d’amplitude provoquée par le changement de Vk entraîne une variation de la fréquence, il faut donc que l’amplitude puisse varier seule. - 15 - Projet d’electronique n°2 GBF COLLADO Sylvain COUQUE Matthieu 9) Conclusion Ce projet nous a permis de mettre en pratique une large partie des connaissances acquises lors des séances de TP, notamment sur les AO mais aussi les portes logiques. Il a pu être mené a terme en ne travaillant que pendant les séances de qui prévu par l’emploi du temps contrairement au 1er projet ou nous avons du venir faire des heures supplémentaires pour pouvoir le finir. Ceci est sûrement du à une meilleure connaissance théorique et pratique mais aussi grâce à une certaine habitude du travail en binôme. Ce projet nous a permis de mieux connaître un objet que nous utilisons à chaque séance de TP qu’est le GBF. - 16 -
