En contact avec une pointe métallique, un cristal de galène ( sulfure de
plomb ) se comporte comme une diode à faible tension de seuil. Sur le
document ci-dessous représentant le schéma électrique d'un poste à
galène, le cristal de galène est donc représenté par le symbole de la
diode.
Etude des différents modules du poste.
Le module noté (a) est le circuit d'accord.
Quel est son rôle ?
Un circuit LC parallèle peut être accordé ( en modifiant la valeur de la
capacité du condensateur) sur la fréquence F de la porteuse de l'émetteur
choisi.
De quel type de filtre s'agit-il ?
On utilise un filtre passe-bande. D'une part les basses fréquences sont supprimées ;
d'autre part les hautes fréquences sont également supprimées. Seule un petite
bande ( intervalle ) de fréquences demeurent ( ont une amplitude assez
importante) à la sortie du filtre.
Sur quelle valeur allait-il régler la capacité du condensateur C pour capter les signaux de détresse des navires ( F = 500 kHz ). On donne L = 2,0 10-4 H.
F = 1 / (2p(LC)½). C = 1/(4 p2L F2) avec F = 500 *103 = 5,00 105 Hz.
C = 1 / (4*3,142 *2,0 10-4 * 25 1010) =5,067 10-10 ~5,1 10-10 F.
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Cette fréquence F = 500 kHz correspond-elle à la porteuse ou au signal à transmettre ? Justifier.
La fréquence de la porteuse est supérieure à 100 kHz ; la fréquence du signal
modulant à transporter est comprise entre 100 Hz et 15 KHz.
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Suivans les caractéristiques de ses composants, le circuit d'accord est plus ou moins sélectif.
Quel est l'inconvénient d'un circuit d'accord pas assez sélectif ?
On
ne pourra pas sélectionner une station radio unique. On risque
d'obtenir la superposition des émissions de deux stations radio de
fréquence proche.
Le document 2 ci-dessous représente le spectre de
fréquences d’une note lors de l’émission puis de l’écoute dans le
casque dans le cas d’un circuit d’accord trop sélectif.
Quelle est la qualité physiologique du son qui est modifiée ? Justifier.
Les harmoniques de fréquences 800 Hz et 1200 Hz n'ont pas la même amplitude : le timbre du son sera modifié.
Le
module noté (b), délimité par le cadre pointillé de droite sur le
document 1, est le détecteur de crête ou détecteur d’enveloppe.
Quel est le rôle du cristal de galène dans ce module ?
Le cristal de galène se comporte comme une diode.
La diode, redresseur simple
alternance, suprime les alternances négatives de la tension modulée.
Le document 3, représente l’évolution en fonction du temps de la tension à l’entrée du détecteur de crête (tension modulée).
Représenter
soigneusement sur ce document l’évolution en fonction du temps de la
tension aux bornes du casque à la sortie du détecteur de crête (tension
démodulée) dans le cas d’une bonne démodulation.
Seule le signal modulant est conservé. L'onde porteuse est éliminée, ainsi que
la tension de décalage.
On admettra que la galène se comporte comme une diode idéale (tension de seuil nulle).
Indiquer sur ce graphe les parties qui correspondent à la charge du condensateur et celles qui correspondent à la décharge.
Pour
un dipole RC, la tension croît aux bornes du condensateur lors de la
charge pour atteindre un extrémum. Cette tension décroît puis s'annule,
lors de la décharge.
Que se passe-t-il si la constante de temps du dipôle RC’ est trop grande ? (on rappelle que le casque se comporte comme un conducteur ohmique de résistance R).
Pour obtenir une démodulation de bonne qualité, il faut que la constante de
temps t du dipôle RC' soit très supérieure à la période
TP de la porteuse, tout en restant inférieure à la période
TS du signal modulant.
Si
la constante de temps du dipole RC' est trop grande, la démodulation
est de mauvaise qualité : on ne récupère pas le signal modulant.
Le casque d’un vieux poste à galène a une résistance R = 1,0 kW. Choisir dans la liste cidessous la capacité du condensateur C’ qu’il faut associer pour écouter France-Inter dans de
bonnes conditions avec ce poste.
Liste des capacités : 100 pF ; 1,0 nF ; 10 nF ; 100 nF ; 1,0 μF
Données : Fréquence de France-Inter : F = 162 kHz
Fréquences des informations vocales à transmettre : f < 4,5 kHz
On rappelle que pour une bonne démodulation, la constante de temps du dipôle RC’ doit vérifier la double inégalité :
1/F << t <1/f.
1/F = 1/1,62 105 =6,17 10-6 s. RC' >> 6,17 10-6 ; C' >> 6,17 10-6 / 103 , C' >> 6,17 10-9 F ( ~ 6,2 nF ).
1/f < 1/ 4500 =2,22 10-4 s. RC' < 2,22 10-4 ; C' < 2,22 10-4 / 103 , C' < 2,2 10-7 F ( ~0,22 µF ). On choisit C' = 100 nF.
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Amélioration du montage.
Le poste à galène a le gros avantage de fonctionner sans pile.
Rechercher dans le texte suivant d'où provient l’énergie nécessaire au fonctionnement.
il fonctionne sans pile : l'énergie fournie par l'onde et convertie en énergie
électrique par l'antenne est suffisante pour une écoute sur casque.
Cette énergie ne suffit pas pour une écoute sur haut-parleurs. Il faut ajouter un amplificateur
de puissance alimenté par une source extérieure.
La
tension à la sortie du détecteur de crête possède une composante
continue qu'il faut supprimer avant amplification. On intercale pour
cela un filtre entre le détecteur de crête (module (b)) et l'ampli.
Quel filtre utilise-t-on pour supprimer la tension continue ?
Un filtre passe haut élimine la composante continue de la tension basse
fréquence (signal modulant).
Représenter ce filtre dans le cadre (c) du document.
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