III) 1) De Francfort à la montre

Nous avons étudié ce qui se passe à chaque étape de la propagation de l’heure. Nous nous intéresserons seulement à la description, et non à l’explication des phénomènes.

Tout d’abord, un signal est émis depuis Francfort. La fréquence porteuse est de 77,5 KHz, d’où le nom de DCF77. Il y a plusieurs façons de comprendre ce qui se passe, dont une première assez facile :
L’émetteur envoie des ondes électro-magnétiques, et le récepteur les reçoit.

800px-Superhet2_French_Version

AntennePour acquérir le signal, on fait entrer en résonance le champ électromagnétique avec un circuit oscillant constitué d’un bobinage et d’un condensateur reliés en parallèle. Le bobinage est un enroulement de spires visible sur la photo de notre récepteur ci-dessus. Le schéma à droite représente ce circuit oscillant.

Oscillant_pour_accord

Pour mieux comprendre ce phénomène, nous nous sommes intéressés au principe d’induction : quand un champ magnétique environne une bobine il induit un courant électrique à l’intérieur de la bobine. Le déplacement d’une bobine dans le champ magnétique d’un aimant, génère un courant. Nous avons mis en évidence ce phénomène en reliant une diode LED à un ventilateur. La vidéo ci-dessous montre le souffle provoquer le mouvement du rotor et créer un courant suffisant pour actionner la diode.

 dynamo

Donc, le champ crée l’induction du courant électrique.

En ce qui concerne notre récepteur, le champ électromagnétique n’est pas celui d’un aimant. Il est généré, en permanence, par l’émetteur de Francfort à la fréquence de 77,5KHz.

Le circuit oscillant (bobinage-condensateur)  est réglé sur la même fréquence. Ainsi il entre en résonance avec l’onde électromagnétique venant d’Allemagne.

Nous pouvons faire une analogie avec les tuyaux d’orgue, dans lesquels l’air circule en montant et en descendant. La fréquence de résonance de l’onde se fait donc en fonction de la longueur du tuyau.  Schema_Tuyau_sonore
Nous avons également observé la résonance des cordes d’une guitare transformée en monocorde pythagoricien. En effet, comme toujours en musique, une corde de do résonne avec une corde de sol, ici, le circuit est prévu pour entrer en résonance avec des ondes à 77,5KHz. IMG_1086

Enfin, nous avons compris que, compte-tenu de la fréquence de 77,5 Khz située dans la bande des grandes ondes, la réception de Frankfort (CDF77) n’est possible qu’en Europe.

Ainsi, en résumé : dans la zone Europe, quand des ondes à 77,5 KHz arrivent à proximité de la barre de ferrite, le circuit bobine-condensateur de l’antenne va entrer en résonance, et un courant électrique alternatif va en sortir.

Il est possible d’écouter le signal, après détection, à la sortie du récepteur au moyen d’un petit écouteur :

ou de l’observer avec une lampe ou un oscilloscope.

 

Ce signal, de l’ordre du millivolt/micro-volt, est trop faible pour être utilisé sans modification. Pour le séparer des autres fréquences indésirables, on utilise un deuxième oscillateur local qui, par résonance, va provoquer une amplification du signal. Cet oscillateur local peut être un circuit LC (bobine + condensateur) ou un quartz. Les récepteurs conçus sur ce principe sont appelés super-hétérodynes.
dcf77_porteuse

À ce stade, comme on le voit sur le schéma ci-dessus, la fréquence de 77,5 KHz est symétrique par rapport l’axe horizontal. Cette fréquence est interrompue toutes les secondes pour un ou deux dixièmes de seconde. On dit que la fréquence est modulée en amplitude. Pour que le signal soit décodable il doit être démodulé (= redressé) comme l’explique le schéma de droite. Demodualtion
Ci-contre une photo du signal de sortie de notre montage tel que nous avons pu l’observer sur un oscilloscope du lycée. Nous l’étudierons plus en détail dans la partie suivante. photo 5(1)

 

Page Suivante