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.

• 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.

- 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 = (F_max – F_min) / 2 (moitié de la différence)

- F₂ = F_max – 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 ?

- F_max = 5 + 8 MHz = 13 MHz

- F_min = 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 = (F_max – F_min) / 2 = (22 – 2) / 2 = 20 / 2 = 10 MHz

- F₂ = F_max – 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)