Chapitre 7
Deuxième partie
Etages spécifiques Radio Fréquences (RF)
- Oscillateurs
- multiplicateurs de fréquences
- Mélangeurs
Oscillateurs
• Un oscillateur est un circuit générateur de signaux périodiques (sinusoïdaux dans le monde de la radio) de fréquence calculée. Il existe des oscillateurs.
- à fréquence fixe (à quartz) (VXO)
- à fréquence variable commandés
> mécaniquement avec un condensateur variable (VFO),
> par la variation de tension sur une diode Varicap (VCO)
> électroniquement
>> avec un synthétiseur (PLL)
>> et plus récemment par traitement numérique (DDS)
- Le fréquencemètre mesure la fréquence d’un signal en comptant les périodes pendant une durée de référence connue et stable.
> plus cette durée est longue, plus l’affichage de la fréquence mesurée est fin.> la précision de l’instrument dépend de l’oscillateur générant la durée de référence.
• Le quartz se trouve à l’état naturel sous forme de cristaux de silice (SiO2). Le composant nommé quartz est constitué :
- d'une lamelle de roche de quartz coincée entre les deux plaques d'un condensateur.
- schéma
- le courant circule à vitesse très réduite dans le quartz (environ 5700 m/s)
- l’axe de taille des quartz est important (axes X)
- la fréquence dépend de l’épaisseur de la lamelle utilisée
• Les quartz fonctionnent grâce à l'effet piézo-électrique du matériau.
- du grec (piézein) : presser, appuyer
- lors d’une pression, des charges électriques apparaissent sur les faces.
- inversement, si une tension est appliquée aux faces du quartz, la lame se dilate ou se contracte selon la polarité appliquée.
Oscillateurs
• Les schémas fonctionnels ne sont pas au programme de l’examen. Seuls les schémas de principe du PLL et du DDS sont au programme (voir plus loin). Les principaux montages sont :
• Un oscillateur fonctionne grâce à la réinjection en phase d’une partie du signal amplifié sur l’entrée du circuit.
• Les facteurs affectant les conditions de stabilité des oscillateurs sont :
- les variations de la tension d’alimentation,
- les variations de température des composants
> en particulier des transistors
> et des quartz
- les défauts de blindage des boîtiers contenant le montage (effet de main).
• Analyse du schéma synoptique d’un PLL (Phase Lock Loop, boucle à verrouillage de phase).
• Principe de fonctionnement
• Analyse du schéma synoptique d’un DDS (Direct Digital Synthesis, synthèse digitale directe)
• Principe de fonctionnement
• Notions complémentaires :
- algorithme
- échantillonnage
- crénelage
- ces notions seront revues en détail au §8-5
Multiplicateurs de fréquences
• Un multiplicateur de fréquence est un circuit amplificateur RF monté en classe C (générateur de très fortes distorsions harmoniques) dont le filtre de sortie est accordé sur un des harmoniques de la fréquence d'entrée :
- x 2
- x 3
- ou x 5 maximum
> nombre entier
> si la fréquence doit être multipliée par 9, deux multiplicateurs par 3 seront montés à la suite l’un de l’autre.
• le spectre d'un signal passant par un multiplicateur est modifié :
- en FM, l’excursion du signal est augmentée mais le signal reste "démodulable"
- en AM ou en BLU, seules les crêtes du signal sont amplifiées (montage en classe C) ce qui rend le signal transmis inexploitable.
• Exemple : quel est l’étage marqué ?
• Réponse : l’oscillateur génère du 3,5 MHz et la fréquence de sortie est 21 MHz. La fréquence de l’oscillateur est donc multipliée par 6 (21 / 3,5 = 6). Un multiplicateur par 2 est déjà représenté. L’étage marqué ? est donc un étage multiplicateur par 3.
Mélangeurs
• Un mélangeur est un circuit multiplicateur de tension :
- l’amplificateur n’est pas linéaire et la distorsion particulière du circuit (distorsion quadratique) nous permettra de récupérer en sortie un mélange de fréquences.
- le filtre de sortie sélectionne une des deux fréquences.
- soient F1 et F2 deux fréquences présentes aux entrées du mélangeur.
> à la sortie du mélangeur, deux fréquences sont générées :
>> Fmax = F1 + F2 (somme)
>> Fmin = F1 – F2 (différence)
• Le schéma du mélangeur n’est pas à connaître pour l’examen
• Pour trouver les fréquences d’entrée (F1 et F2) à partir des fréquences de sortie:
- F1 = (Fmax – Fmin) / 2 (moitié de la différence)
- F2 = Fmax – F1 (puisque Fmax = F1+F2)
• Exemple 1 : à l'entrée d'un mélangeur, on a 5 MHz et 8 MHz. Quelles fréquences trouve-t-on à la sortie du mélangeur ?
- Fmax = 5 + 8 MHz = 13 MHz
- Fmin = 5 – 8 MHz (ou 8 – 5 MHz) = 3 MHz
• Exemple 2 : à la sortie d'un mélangeur, on a 2 MHz et 22 MHz. Quelles sont les fréquences d’entrée du mélangeur ?
- F1 = (Fmax – Fmin) / 2 = (22 – 2) / 2 = 20 / 2 = 10 MHz
- F2 = Fmax – F1 = 22 – 10 = 12 MHz
> Vérification
>> F1 + F2 = 10 + 12 = 22
>> F2 – F1 = 12 – 10 = 2
• Lorsque le mélangeur n’est pas parfait, il ne multiplie pas exactement les tensions présentes à son entrée et on trouvera à sa sortie :
- les mélanges "classiques" F1 + F2 et F1 – F2 (mélanges du 2nd ordre) mais, comme pour les distorsions harmoniques d’un amplificateur linéaire, (voir le cours précédent) nous trouverons aussi :
- les fréquences F1 et F2 et leurs harmoniques
> s’il n’y a que les harmoniques 2 (2xF1 et 2xF2) ou paires, ce sont des distorsions quadratiques (qui sont une forme de distorsion harmonique)
- ainsi que d’autres combinaisons comme par exemple :
> [(2 x F1) + F2] ou [(2 x F1) – F2] (mélanges du 3ème ordre ou distorsions cubiques, une autre forme de distorsion harmonique).
• Les mélangeurs équilibrés ont des caractéristiques particulières
- ils sont constitués de diodes montées "en anneau"
- ils seront étudiés en détail au chapitre 12 (modulateur BLU)
• pour exemple, voici une fonction Graphiques qui simule le signal en sortie de mélangeur avec F1 =5 et F2 =9 ; fréquences de sorties : 14 (9+5) et 4 (9–5)