Multiplicateur
utilisé pour la modulation et la démodulation
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Le multiplicateur est à la base des circuits de modulation modernes. Il est également utilisé dans les démodulateurs synchrones.
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Cet article sur les multiplicateurs a été écrit à la suite des articles à propos de la modulation (AM). Mais les multiplicateurs ne sont pas seulement utilisés pour la modulation d'amplitude...

Index modulation
Modulation d'amplitude et autres types de modulation
Emetteurs, modulateurs, détecteurs et multiplicateurs


Modulation par la diode


Modulation par le courant de plaque

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Modulation par la diode

La modulation d'amplitude consiste à multiplier un signal (par exemple une source audio) avec une porteuse haute fréquence. Une modulation d'amplitude peut être réalisée à peu de frais en utilisant la courbe non-linéaire d'une diode (voir article sur la modulation par la diode).

A droite un schéma d'un modulateur à diode avec deux transfos pour superposer le signal HF et BF. Le condensateur en parallèle sur le transfo BF sert de cours-circuit pour les hautes fréquences. Au point 1 nous avons le signal avec dex deux composantes superposées. Au point 2, la composante négative est filtrée par la diode et au point 3 la composante continue est éliminée.

La modulation par la diode a un très mauvais rendement et n'est en pratique utilisée que pour des signaux très faibles. Elle produit beaucoup de produits indésirables qu'il faut éliminer. Il y a certaines applications qui utilisent encore la modulation par la diode, par exemple les radars et la communication avec les satellites où on utilise des fréquences extrèmement élevées. Les produits indésirables (harmoniques) se trouvent sur des fréquences encore plus élevées et ne sont pas amplifiées. Mais en principe on utilise actuellement d'autres méthodes plus efficaces pour moduler un signal.

Modulation par le courant de plaque

La modulation par le courant de plaque a été utilisé pendant plus de 50 ans dans les émetteurs (radiodiffusion). Il s'agit ici d'un vrai multiplicateur où la porteuse est multipliée par le signal audio. La tension d'alimentation de l'étage de puissance (ou de l'étage de commande) est modulé par le signal sonore.

Un exemple est donné ici: schéma fonctionnel d'un émetteur AM très linéaire (à transistors). Il se compose d'un modulateur, d'un étage multiplicateur et d'un étage de puissance fonctionnant en classe C.

Modulateur synchrone (ring modulator)

Pour la modulation de signaux numériques on utilise un modulateur en anneau qui est plus simple, il ne se compose que de 4 diodes. Bien qu'il ait été réalisé à l'origine pour être utilisé dans les modems (signaux numériques), on peut tout aussi bien l'utiliser pour des signaux analogiques (musique).

Si le modulateur en anneau vous rapelle quelque chose, vous n'avez pas tord: c'est en effet le modulateur à diodes qui est rendu plus symmétrique. Le fonctionnement symmétrique permet d'éliminer les produits indésirables de la multiplication (en particulier les harmoniques impaires).

Le modulateur en anneaux est disponible sous forme de petit circuit hybride composé des diodes (pairées) et des transfos. Ils sont spécifiés pour une bande de fréquence donnée et pour une puissance donnée.
  • 1 2 signal modulant (audio)
  • 3 4 et 5 6 modulation
  • 7 8 sortie

Voir schéma à droite:
La porteuse est alternativement négative et positive sur le pôle droit (indiqué avec un - et un + dans les deux schémas).

Quand la porteuse est négative, le courant met les diodes D0 en conduction. Par la conduction des diodes, le pôle + du signal est connecté avec le pôle supérieur de la sortie, la sortie est en phase.

Quand la porteuse est positive, le courant met les diodes D1 en conduction. Le pôle + du signal est maintenant connecté avec le pôle inférieur de la sortie: la sortie est déphasée de 180°.

Le signal à l'entrée se retrouve modulé à la sortie: il est soit en phase, soit décalé de 180% à la fréquence de la porteuse.

Remarquez que ce raisonnement fonctionne également à l'envers (commutativité de la multiplication): quand le signal sonore est positif, la porteuse est en phase, quand il est négatif, la porteuse est déphasé de 180°.

Au marché, vous faites des mathématiques comme monsieur Jourdain fait de la prose: quand on vous remet de l'argent, cela ne joue aucun role dans quel ordre on vous remet la monnaie: l'addition des pièces de monnaie est commutative.

Et que ce passe-t-il s'il n'y a pas de signal sonore à moduler? Regardez bien le schéma: il n'y a rien à la sortie non plus, car il s'agit d'un vrai multiplicateur (0 × ϰ = 0).

Ce type de schéma est utilisé pour générer des signaux à porteuse supprimée (suppressed carrier). Il permet d'utiliser toute l'énergie de l'émetteur pour transmettre le signal. Ce type de modulation est utilisé pour les liaisons radio (principalement numériques, car il n'y a pas de silence en numérique). Il n'est pas utilisé pour la radiodiffusion, par contre la modulation BLU (bande latérale unique) utilisée en ondes courtes ne transmet qu'une bande latérale et élimine la porteuse et une des deux bandes de modulation.

Le schéma fonctionne également à l'envers, avec la porteuse appliquée à l'entrée à gauche et le signal sonore sur l'entrée en dessous. Cette configuration qui n'utilise pas de transfo pour la partie audio permet d'instaurer un niveau zéro qui n'est pas nul. Le niveau zéro peut par exemple être à 50%: quand la tension instantanée est la plus basse, le niveau est alors à 0% (modulation de 0%), quand elle est la plus haute, le niveau est de 100% (modulation de 100%). Nous avons ici un modulateur radio ultra-linéaire.


Démodulation par diode simple alternance


Démodulation par modulateur synchrone (multiplicateur)

Si on choisit un niveau zéro de 30% de l'amplitude sonore maximale, la modulation varie alors entre 70% (tension instantanée la plus positive) et -30% (valeur absolue de 30% mais déphasage de 180°). Cela est représenté par le trapèze bizarre: il ne montre que l'amplitude, il ne peut pas montrer la phase.

Pour détecter un tel signal, il ne faut pas une détection de l'enveloppe (détecteur à diode utilisé dans la plupart des postes de radio) qui détecte l'amplitude et ignore la phase, mais un démodulateur synchrone où la détection est effectuée par... un second modulateur en anneau qui reçoit sur l'entrée "porteuse" le signal d'un oscillateur local synchronisé sur l'oscillateur de la porteuse.

Si la détection est effectuée par une diode (détection de l'enveloppe), on obtient un son très déformé. En cas de porteuse supprimée, le signal sonore obtenu est de fréquence double du signal d'origine.

La première image d'oscilloscope montre la détection effectuée par une diode de détection simple alternance, la seconde image montre la démodulation effectuée par un démodulateur synchrone qui prend un échantillon à chaque 'top' de la porteuse régénérée et reconstitue ainsi le signal d'origine.

Au lieu d'un modulateur en anneau, on peut également utiliser un circuit intégré multiplicateur qui actuellement est le plus souvent utilisé quand il faut restaurer la porteuse (radiodiffusion "classique" en AM).

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