Preparation Reception 2009

INSA Toulouse - Département STPI Année 2009-20103ème année MIC 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.

Figure 1: Principe de la transmission AM par signal lumineux.

Préparation_Reception_2009.odt TP Télécommunications p.1/5

Génération du signal

modulé AM

Bloc 1

Commande de la DEL

(conversiontension/courant)

Bloc 2

m(t)Signalmodulant

s(t) id(t)

x

Diode émettrice

Photodiode réceptrice

Banc optique

id'(t)

id'(t) Amplification

FiltrageDémodulation

Bloc 3

Conversioncourant/tension

Bloc 4

Etage de puissance

Bloc 5

Haut-parleur

s(t)

SignalmoduléAM

CourantmoduléAM

m(t)

Signalmodulant

SignalmoduléAM

Courantgénéré

Intensité lumineuseIe(t)

(porteuse à 100kHz)

(porteuse à 100kHz)


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.

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.


Détecteurde crête

Bloc 4

iR(t)

Bloc 3

Conversioncourant/tension

Bloc 4.1

Etage de puissance

Bloc 5Haut-parleur

v1(t)

Signal lumineuxmodulé AM

m(t)TensionmoduléeAM Filtre

passe-Haut

fC

Amplificateur sélectif

v2(t)

Bloc 4.2 Bloc 4.3

Démodulation

v3(t)

Signalmodulant

v4(t)

=

fcBfcH

Gmax


Q1- On désire que cette tension ait une amplitude crête à crête égale à ΔV1= 20 mV. Calculer le

gain de conversion tension/courant V 1

I R.

Q2- En quelle unité ce gain s'exprime-t-il?

V0

v1(t)

t

ΔV1

0

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

+

_

R7

R4

R3

V1(t)I

R(t)

VD(t)

OPA 2604

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 1t =V 0K⋅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?



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:

v1t = V 0 A⋅[1⋅mt ]⋅cos 2⋅f p⋅t p

Pour simplifier, nous supposons tout au long de cette étude que le signal modulant est

sinusoïdal: m t = M2

⋅cos2⋅ f m⋅tm

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 passe-haut. 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 =V 3

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?



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.

R3V

3(t)

ID3(t)

VD3

(t)

C1 V

4(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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