X- X1- X2- Y1- Y2

S -

Z -

Um

Up

Y1Y2

Montage n° 8Modulation d’amplitude : modulation d’un signal porté par un procédé au

choix ; caractéristiques et analyse spectrale du signal. Démodulation par un procédé au choix.

IntroductionTransmettre un signal contenant des informations sonores par exemple, au moyen d’ondes électromagnétiques, est très courant de nos jours (radio par exemple). Les sons reçus par l’oreille humaine sont compris dans une plage de fréquence allant de 20 Hz à 20 kHz. Cependant, un signal audio, donc de basse fréquence, ne peut être transmis directement au moyen d’OEM pour 3 raisons :

Amortissement rapide des signaux BF → impossibilité de transmettre sur de longues distances

Impossibilité de distinguer les signaux à la réception : il y aurait mélange des différents signaux transmis, donc une belle cacophonie !!!

Taille considérable de l’antenne (ordre de grandeur de λ avec λ=cT, soient entre 15 et 15000 km !!!)

Donc pour avoir des tailles d’antenne raisonnable et pour avoir des signaux de grande portée, il faut transporter des signaux de haute fréquence. De plus, pour pouvoir distinguer les signaux les uns des autres lors de leur réception, il faut que chaque signal ait sa propre fréquence d’émission. C’est la raison d’être de la modulation : on utilise une OEM porteuse haute fréquence pour transporter le signal utile. Il existe plusieurs types de modulation (amplitude, fréquence, phase). Nous étudierons plus particulièrement dans ce montage, la modulation d’amplitude.

I. ModulationI.1 PrincipeLe principe de la modulation d’amplitude est le suivant : la tension du signal transmis (que l’on appelle signal modulé) est modulée en amplitude. C'est-à-dire que la fréquence du signal est constante, mais son amplitude varie dans le temps. En fait, l’information utile du signal à transmettre (le modulant) est contenue dans cette variation d’amplitude.On appelle signal modulant, le signal utile à transmettre (par exemple, la voix). Pour simplifier les choses, on utilisera dans la suite du montage, un signal purement sinusoïdal (contrairement à la réalité). Um(t)=Amcos(2πfmt) + U0 avec fm=500 Hz (BF)Signal porteuse : Up(t)=Apcos(2πfpt) avec fp=10 kHz (HF) – également sinusoïdalSignal modulé : s(t) = Um(t) x Up(t) = k[Amcos(2πfmt) + U0) Apcos(2πfpt)]Pour réaliser ce signal, on utilise un multiplieur (AD 633 JN)

Rq : prendre des GBF à fréquence affichable. Pour Um, il nous faut un GBF avec possibilité d’offset.Alimenter le composant en +15V / -15V.s(t) = k[Amcos(2πfmt) + U0) Apcos(2πfpt)] avec k=0,1 pour ce composant.s(t) = k U0 Ap cos(2πfpt) [1 + mcos(2πfmt)] avec m=Am/U0 : taux de modulation.

Visualiser à l’oscillo le modulant sur Y1 et le modulé sur Y2. Synchroniser sur Y1.

I.2 Taux de modulationUne caractéristique du signal modulé est le taux de modulation. (dans la pratique, m=20%)

Régler Am et U0 de telle sorte que le taux de modulation soit inférieur à 1. Puis faire varier l’un ou l’autre et montrer le phénomène de surmodulation (m>1). Dans ce cas, il sera impossible de démoduler le signal en utilisant la méthode présentée au paragraphe suivant.

l’amplitude du modulé varie entre kU0Ap(1+m) et kU0Ap(1-m). Nous allons mesurer le taux de modulation par différentes méthodes.

I.2.1 Mesure crête à crêtem=(B-A)/(B+A)=

I.2.2 Mesure par la méthode du trapèzeOn se met en mode XY sur l’oscillo.

faire la mesure (même formule que précédemment. On prendra  B=Ymax et A =Xmax). On peut montrer qu’en cas de surmodulation, on n’obtient plus un trapèze, mais un nœud papillon.

I.2.3 Détermination par le calculm=Am/U0

I.3 Limites de la modulation- Si Am augmente → Surmodulation- Si U0 diminue → Surmodulation

m =0,25 m = 1 surmodulation (m>1)

On peut observer la modulation en mode XY : trapèze – triangle – croix

C’

R’

- Si fp augmente → déformation du signal due aux limites de l’AOP- Si fm augmente (on va jusqu’à 20 kHz = limite audible) → aucune modification du signal

modulé. On peut transmettre tout type de signal.

I.4 Analyse spectralePosons A = k U0 Ap

s(t)=A.cos(2πfp.t)+(m.A/2)[cos[2π(fp + f m).t] + cos(2π(fp - f m).t]]On utilisera un oscillo numérique pour faire la FFT. Attention : si nécessaire, modifier le rapport des fréquences fp et fm pour pouvoir distinguer les 3 pics (diminuer la fréquence de la porteuse).

II. Transmission du signal

On utilise une antenne pour transmettre le signal. Le récepteur possède également une antenne. On sélectionne fp dans le récepteur grâce à un circuit bouchon en faisant varier les valeurs de L ou de C. fp= 1/2π√ LCUne fois le signal reçu en sélectionnant la bonne fréquence, il faut extraire de ce signal compliqué, l’information, c’est à dire le modulant. C’est le rôle de la démodulation.

III. Démodulation d’amplitude par détection de crêteIII.1 Détection de l’enveloppe

la diode HF permet de supprimer les alternances négatives du signal (redressement). Ensuite, on a charge puis décharge du condensateur dans R. Pour que la détection d’enveloppe soit correcte, il faut que Tp<<=RC<Tm

En effet, la décharge doit être suffisamment lente pour ne fait faire chemin en rouge, et suffisamment rapide pour ne pas rater

d’alternance en vert.On obtient l’enveloppe du signal modulé. On a presque le signal modulant d’origine, à une composante continue près. L’étape suivante consiste à éliminer cette composante continue en ajoutant un filtre passe haut (supprime les basses fréquences, donc la composante continue)

III.2 Suppression de la composante continueon choisira R’ et C’ de telle sorte que fm>1/2πR’C’ puisse traverser le filtre.Rq : cette méthode de démodulation par détection d’enveloppe est très sensible à au taux de modulation. En

cas de surmodulation, le signal récupéré (démodulé) n’est pas correct. On utilise dans la pratique, la détection synchrone.

ConclusionLa modulation d’amplitude est facile à mettre en œuvre et à présenter. Elle est d’ailleurs étudiée en terminale spécialité. Cependant, elle est très peu utilisée dans la pratique car les perturbations électromagnétiques provoquent des variations d’amplitude des signaux (donc dans le cas de la modulation d’amplitude, le signal utile est contenu dans l’amplitude du signal modulé). Les perturbations EM n’ont cependant aucune influence sur la fréquence, ce qui fait préférer la modulation de fréquence à la modulation d’amplitude (l’information utile est contenue dans la variation de fréquence du signal modulé). Ses avantages sont :

- Une meilleure sélectivité (largeur de bande + faible)- Peu sensible aux parasites- Meilleur rendement- Haute fidélité

La modulation n’est pas utilisée que pour la radio, mais aussi pour la TV et les téléphones portables.

BIBLIO TS spé (comme dans mon montage) Bellier Dunod p.243 (comme dans mon montage) Duffait capes p.148 (comme dans mon montage)

Questions

Q1 : quel est le principe de la détection synchrone ?

R1 : On utilise un multiplieur dans lequel on entre le signal mosulé et le signal de la porteuse. le signal s’(t) que l’on obtient en sortie de multiplieur

possède le spectre ci-contre. Pour ne conserver que le signal du modulant, on filtre les hautes fréquences à l’aide d’un filtre passe bas RC donc la fréquence de coupure fc est telle que fc=1/2πRC. On choisit R et C de telle sorte que fm<fc<2fp-fm

Q2 : pourquoi la modulation d’amplitude est-elle sensible aux parasites ?R2 : l’amplitude d’une OEM est liée au nombre de photons. Or, ce nombre est difficile à

contrôler (les photons peuvent agir avec d’autres particules, d’où des pertes)

Q3 : quelle est la taille de l’antenne pour f=1000 Hz ?R3 : λ=cT=3.108.10-3 = 3.105 m = 300 km !!!

Q4 : pourquoi peut-on limiter l’étude à des signaux sinusoïdaux ?R4 : car tout signal périodique peut être interprété comme une superposition de signaux sinus.

Q5 : a-t’on besoin de toutes les bandes dé fréquences ?R5 : non, on peut enlever 1 pic. Dans la pratique, on n’émet que fp-fm (BandeLatéraleUniqut)