PRINCIPE D'UN RECEPTEUR SUPER-HETERODYNE

 

 

Dans un récepteur radio, l'ensemble antenne et amplificateur d'entrée fabriquent un signal comportant les signaux sinusoïdaux modulés en amplitude (récepteur AM) ou en fréquence (récepteur FM), des émetteurs reçus localement et situés dans la plage F_0min à F_0max. Ce signal reçu est envoyé à un circuit non linéaire appelé mélangeur. Ce sera ici un multiplieur.

 

Un oscillateur local, sinusoïdal, de fréquence F_L réglable attaque également le mélangeur.

 

La sortie du mélangeur attaque un amplificateur sélectif de fréquence fixe appelée fréquence intermédiaire Fi (10,7 MHz en modulation de fréquence et 455 kHz en modulation d'amplitude).

 

Si l'un des émetteurs est tel que F_i = F_L - F₀₁, alors la sortie de l'amplificateur sélectif (centré sur F_i) existe et est une onde modulée soit en fréquence, soit en amplitude (cas d'un récepteur FM ou AM), dont la  fréquence de la porteuse est F_i.

 

C'est le signal de sortie de cet amplificateur de fréquence intermédiaire que l'on démodulera avec un démodulateur adapté au type de modulation.

 

 

SCHEMA SYNOPTIQUE D'UN RECEPTEUR SUPER-HETERODYNE :

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Afin d'avoir des résultats exploitables, il faudra respecter assez scrupuleusement les valeurs numériques proposées.

 

 

I- RECEPTION DES SIGNAUX MODULES EN AMPLITUDE :

 

On réalise le montage de la page 3 :

 

            - L'entrée X du multiplieur reçoit un signal e₁(t) modulé en amplitude de fréquence porteuse                F₀ = 18 kHz, dont l'amplitude ne dépassera pas 10 V, avec un taux de modulation  m = 0,5. La fréquence du signal modulant sera f = 300 Hz. On a e₁(t) = E_p ( 1 + m.cos(t) ) cos(₀t). Calculer la valeur de E_p.

 

            - L'entrée Y du multiplieur reçoit un signal sinusoïdal e₂(t) d'amplitude 10 V et de fréquence F_L réglable. Soit e₂(t) = E cos(_Lt).

 

 

            1) Calculer la tension de sortie e₃(t) du multiplieur si celui-ci a un coefficient k.

 

- Tracer le spectre de e₁(t).

 

- Tracer le spectre de la tension de sortie e₃(t) du multiplieur avec les même échelles.

 

 

            2) Etude de l'amplificateur de fréquence intermédiaire en régime sinusoïdal :

 

On donne L = 10 mH, C = 100 nF et R = 2,3 k.

 

 

                        2-1) Calculer :

 

            - sa fréquence centrale

            - son coefficient de qualité Q = R / L_i

            - sa bande passante

            - son amplification à la fréquence de résonance

 

 

                        2-2) Mesurer la fréquence d'accord du filtre sélectif, son amplification maximale et sa bande passante. Comparer aux valeurs théoriques.

 

 

                        2-3) Comment doit-on choisir la fréquence F_L de l'oscillateur local pour que la tension de sortie du filtre soit un signal module en amplitude ?

 

Vérifier expérimentalement : régler la fréquence F_L de l'oscillateur local et observer la tension de sortie du filtre sélectif jusqu'à obtenir un maximum.

 

Déterminer les spectres de e₁(t) et e₄(t) à l'aide de la FFT. Comparer aux résultats théoriques obtenus au §1).

 

 

                        2-4) Modifier la fréquence F₀ de l'émetteur et vérifier que l'on peut capter un deuxième émetteur (sans modifier F_L et Fi). Mesurer cette nouvelle fréquence appelée fréquence image. Comparer à la valeur théorique.

 

Remarque : Pour éviter que la fréquence image existe, il faudra que la largeur de bande de l'amplificateur précédant le mélangeur soit inférieur à 2 F_i. Sinon bonjour le brouillage !!

 

 

 

II- RECEPTION DES SIGNAUX MODULES EN FM :

 

 

            1) Le signal e₁(t) s'écrit maintenant e₁(t) = E_p cos[ ₀t + (E_s/).sin(t) ]. Ce signal est une onde modulée en fréquence par un signal BF d'expression E_s cos(t) et de porteuse de fréquence F₀ ; l'excursion de fréquence valant E_s / (2).

On prendra E_p = 10 V, F₀ = 18 kHz, f = 300 Hz et une excursion de fréquence d'environ 500 Hz (voir le schéma de montage page 3).

 

e₂(t) = E cos(_Lt) avec E = 10 V et de fréquence F_L réglable (oscillateur local).

 

Calculer la tension de sortie e₃(t) du multiplieur.

 

Montrer qu'elle comporte deux ondes modulées en fréquence par le signal E_s cos(t), de même excursion de fréquence que e₁(t), et de porteuses respectives (F_L - F₀) et (F_L + F₀).

 

Si on règle F_L à la valeur F_L = F₀ + F_i, alors la tension e₄(t) en sortie du filtre sélectif sera une onde modulée en fréquence par le signal e_s(t)  de fréquence porteuse F_i, et de même excursion de fréquence que e₁(t).

 

 

            2) Mesures :

 

                        2-1) Accorder la fréquence de l'oscillateur local F_L pour obtenir une tension maximum en sortie du filtre sélectif (on choisira F_L F_i + F₀, soit F_L 23 kHz).

 

 

                        2-2) Ajuster si besoin le niveau du signal modulant pour qu'il n'y ait pas de modulation d'amplitude sur e₄(t), ce qui serait dû à une excursion de fréquence trop grande et une amplification non constante pour le filtre sélectif.

 

 

                        2-3) Avec la FFT, déterminer les spectres des signaux e₁(t) et e₄(t) (on choisira une vitesse de balayage de l'oscilloscope de 2 ms par carreau).

 

 

                        2-4) Déterminer sur ces spectres les fréquences remarquables que l'on peut y relever. Comparer aux valeurs théoriques.

 

 

                        2-5) Fréquence image :

 

Modifier la fréquence de l'oscillateur local F_L et vérifier que l'on peut capter un deuxième émetteur (de fréquence image théorique F_L = F₀ - F_i, soit F_L = 13 kHz).

 

 

 

SCHEMA DE MONTAGE :

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