Quand j'étais plus jeune, j'aurais bien voulu me faire une radio-commande ...
Hélas, c'était la fin des lampes et le début des transistors et tout ce qu'on trouvait était soit cher, soit un peu trop compliqué pour moi à l'époque.

Aujourd'hui, grâce aussi à André, j'ai envie de piloter un modèle réduit d'avion. Avec le matos moderne, il n'y a plus rien à faire : les radios sont maintenant fiables et tout est numérique. Alors comment allier l'intérêt technique, la simplicité et aussi le plaisir de piloter un avion ?
En construisant un ensemble à lampes, comme on pouvait le faire dans les années 50-60 !

Voici, après concertation auprès de mon expert, les caractéristiques de cet E/R :

- fréquence dans la bande CB : 27MHz
- deux canaux proportionnels pour commander la dérive et la profondeur.
- utilisation de servos modernes miniatures
- utilisation d'accus modernes, au moins pour le récepteur
- possibilité de passer en monocanal tout-ou-rien

Cette dernière fonction étant réservée aux "pros" du pilotage !

A ces caractéristiques, voici ce que je projette d'utiliser :

- récepteur super-hét, FI à 455kHz
- lampes subminiatures russes pour le récepteur
- émetteur à lampes également, sur batterie 12V + convertisseur =/=
yapuka ....

J'ai découvert ces servos pour ce projet !
Ils sont riquiqui : moins de 10 grammes, alimentés en 5V, avec une commande particulière.



Notez la dimension par rapport à la lampe miniature ! Le raccordement se fait par 3 fils :
- rouge : +5V
- marron : 0V
- orange : commande
J'aime bien allier des technologies très différentes comme ce servo et cette lampe : on peut s'amuser car il y a de grandes chances qu'on soit le premier à le faire, alors, c'est un peu l'aventure ...

Voici comment fonctionne la commande; tout d'abord, la position médiane, qu'on appelle le "neutre" correspond pour le modèle à l'absence de commande mécanique : l'appareil va tout droit, et vole sur un palier.
La commande est un signal rectangulaire compris entre 0 et +5V (+2V au minimum, résistance équivalente à 20 kohm) dont la durée de l'état haut détermine l'angle de rotation du palonnier.
Cet angle est compté à partir de la position médiane. A cette position, la durée est de 1,5ms.
Quand cette durée augmente, le palonnier tourne dans le sens trigonométrique :


quand elle diminue, il tourne dans le sens horaire :


Attention à ne pas dépasser les butées : 0,7-2,2ms !!! En effet, dans ce cas, le servo est en butée mécanique, le moteur force, chauffe et la qualité de fabrication fait que ça ne va pas durer éternellement ...

Pour commander une action mécanique sur le modèle, il suffit alors d'envoyer un ordre sous la forme d'une durée comprise entre 0,7 et 2,2 ms; au neutre, il suffit d'envoyer une durée de 1,5 ms

Dans ce projet, le point critique est la fréquence : à 27MHz, c'est déjà de la HF, de la vraie. Donc j'ai décidé de commencer par les parties les plus délicates,en particulier l'oscillateur local.

Voici son schéma, classique:


Quelques explications :
La lampe est montée en triode oscillatrice pilotée par quartz. Celui-ci relie l'anode à la grille, procurant la rotation de phase qui va bien pour que la lampe parte en oscillation. Mais pour cela, il faut une charge d'impédance très élevée dans l'anode.
C'est le rôle de la self 6 accordée par les condos 4 et 5 à la fréquence de l'ordre de 27MHz. Ce circuit présente une résonance assez "molle" autour de cette fréquence.
Le réglage de l'ajustable consiste à obtenir le maximum de tension sur la sortie choisie (sur l'anode ou sur la grille).
La lampe s'auto-polarise et on obtient sur la grille une sinusoïde dont la valeur moyenne est de l'ordre de -3V.
Le montage s'alimente avec une tension d'au moins 20V, jusque 50V. Inutile de viser plus haut, il faut penser que la source sera des accus !
Pour l'instant, le chauffage se fait à partir du 2V, tension minimale que mon alim de labo délivre. Comme la lampe demande 1,2V environ, il faut une résistance de 15 ohm en série (1), mais à terme, cette résistance pourra changer si j'alimente le chauffage à partir d'une pile ou d'un accu CdNi ...

réalisation
J'ai câblé cet oscillateur d'abord en "volant" pour valider le schéma:


puis sur une plaquette d'epoxy cuivré sur laquelle j'ai meulé des séparations afin d'obtenir les bonnes connexions :


Voici le plan de cette plaquette; notez l'utilisation d'une lampe submminiature :


et voici la carte OL câblée :




Voici l'oscillogramme obtenu sur la grille


A noter que suivant si on connecte la sonde de l'oscillo sur la grille ou sur l'anode, la capacité ajoutée fait que le réglage de l'ajustable n'est pas le même.

On a affaire à un super-hétérodyne de structure classique; voici le schéma de l'étage mélangeur :


Explications :
Le mélange des deux signaux se fait dans la lampe pentode :
- le signal reçu, sélectionné grosso-modo par le filtre de bande L17-C13, arrive sur la grille 1 de la lampe
- le signal généré par l'OL arrive sur la grille 2.

Cette façon de faire permet d'avoir un gain sur le signal reçu, mais pratiquement pas de gain sur le signal d'OL; peu importe car se signal est de forte amplitude.
Le produit de battement est filtré par le primaire accordé à 455 kHz du premier transfo FI, T18.
Notez les basses tensions utilisées : cette lampe subminiature s'en contente largement !

L'ampli FI est classique, la détection aussi, voici le schéma de cette partie :


Analyse :
rien de bien spécial, à part peut-être la lampe V4 utilisé en diode de détection. J'ai fait ça pour éviter d'utiliser une diode au germanium, mais c'est vrai qu'on pourrait simplifier ...
La CAG présente au niveau de C25 polarise la grille 1 de V3 (au travers du secondaire du transfo FI T18), régulant ainsi le gain de cet étage.
La BF est présente aux bornes de R23/C29.

Réalisation :
Même méthode : une plaque d'epoxy cuivré meulée aux bons endroits :


Voici le plan d'implantation de ces étages :


et voici le câblage :


J'ai utilisée des MF standard récupérées sur un poste Philips des années 50-60. Notez le condo C13 qui est en fait un ajustable (à droite de la photo, sous la bobine blanche) ce qui permet d'ajuster au mieux l'accord du filtre d'entrée.
Le mélangeur est à droite, donc. Au milieu, coincée entre les deux MF, la lampe FI, et enfin, à gauche, la lampe montée en diode de détection.

Voici le récepteur complet (sans la partie BF de commande) :


et voici un oscillogramme obtenu en sortie BF, en présence d'un signal HF modulé à 400Hz (en sinus) :

C'est la partie la plus délicate : il faut un oscillateur qui fonctionne bien, stable et une amplification pour obtenir une puissance HF suffisante. Voici le schéma de cette partie :


Quelques explications :
La lampe est la célèbre 3A5 : double-triode; une des triodes est l'oscillateur, l'autre l'ampli.
V21a oscille par liaison capacitive entre grille et anode. Donc le quartz est monté en parallèle. Le circuit L214/C212 est accordé à la fréquence du quartz; ainsi, le réglage de C212 permet d'obtenir le maximum d'amplitude sur l'anode. Mais attention, si on continue d'essayer d'augmenter l'amplitude, à un moment donné, l'oscillateur se bloque !
C'est d'ailleurs un excellent moyen de vérifier le bon réglage : il suffit de mesurer le courant consommé sur la source +B.

Le signal issu de l'oscillateur est envoyé à la grille de V21b, montée en amplificatrice en classe C.
En effet, bien que sa polar semble être nulle (R203 est à la masse), la lampe s'auto-polarise (par clamping) et on obtient plusieurs volts négaifs sur la grille.
Le signal BF de modulation vient modifier la tension de grille de la lampe, agissant ainsi sur sa pente, donc sur l'amplitude du signal HF en sortie.

Une fois amplifié, le signal est filtré une dernière fois, surtout pour adapter l'impédance de l'antenne à celle de l'ampli, par le filtre en pi C211/213-L215-C210.

Construction :
Voici la plaque prête à être câblée:


le plan d'implantation :


et voici l'émetteur HF câblé :



Notez les grosses bobines réalisées comme pour l'OL du récepteur en fil de 1,5mm² dénudé. Les ajustables cloches permettent de régler le signal émis.
Le quartz en bas à gauche est amovible, comme pour l'OL, ce qui permet de choisir le canal de transmission.
et voici le signal sur l'antenne en présence d'un signal de modulation rectangulaire à rapport cyclique différent de 1/2 :


on a 10V crête, ce n'est pas si mal ...

Le codeur permet de générer le signal BF qui viendra, dans le récepteur, commander les deux servos.

Le codage choisi est le suivant :


La manette de commande agit à la fois sur les deux demi-périodes d'un signal rectangulaire (en haut) qui vient moduler l'émetteur et génère ainsi un signal HF modulé en amplitude (en bas)
Par exemple, quand on commande la direction, on n'agit que sur T1, et quand on commande la profondeur, on n'agit que sur T2. A la réception, il suffira de "trier" ces deux informations pour commander les servos séparément.

Voici le schéma de ce codeur :


analyse :
C'est un simple multivibrateur astable à couplages RC. Les deux lampes sont montées en triodes.
L'alimentation est stabilisée par un petit néon, ce qui permet d'obtenir des durées constantes quelque soit l'état de décharge des accus de l'émetteur.
La manette de commande agit donc sur les deux potentiomètres (montés en résistance variable) R109 et R110.
Le signal BF de sortie est prélevé sur une des anodes (mais pas n'importe laquelle, sinon on croisera les commandes sur l'avion !), puis mis au bon niveau et en forme par R107 et C113 :
- R107 ajuste le niveau avec la résistance de grille de l'ampli HF
- C113 accélère les fronts afin que le signal HF soit bien modulé en rectangulaire.

Réalisation:
voici le plan de ce codeur :


et le câblage réalisé :

Remarque : le condo chimique -C208- reliant le codeur à l'émetteur a été installé sur la carte codeur (le bleu qui est couché dans le coin bas-droite)

Voici maintenant l'ensemble émetteur en test :


à gauche, le codeur commandé par deux potentiomètres simulant la manette de commande définitive; à droite l'émetteur HF.
Les dimensions sont assez réduites :
- le codeur mesure environ 80x40 mm
- l'émetteur mesure environ 95x60 mm*

et voici quelques oscillogrammes du signal HF émis en fonction de différents réglages des potards :

commande "au neutre" : T1=T2=1,5ms


commande "T2 maximum" :


commande "T2 minimum" :


commande "T1 maximum" :


commande "T1 minimum" :

Cet amplificateur permet, à partir de la tension BF détectée de commander directement les deux servo-moteurs.

Bien sûr, il y a une adaptation à faire car ces servos sont prévus pour être commandés par une électronique moderne, pas à lampes ...
Voici le schéma de cet ampli :


analyse :
à gauche, l'entrée du signal BF détecté, issu du récepteur. A droite, les 2 connecteurs 3 points de chacun des servos.
R31/C41 est un filtre passe-bas qui élimine les résidus FI.
V5, montée en triode sert à amplifier le signal détecté dans un rapport 4 à 5, pas plus, ce qui permet d'avoir une sensibilité de 0,5Vcc environ.
Le signal amplifié, présent sur l'anode de V5 est envoyé via C43 sur la grille de V6, montée en pentode. Cette lampe procure un signal d'amplitude de l'ordre de 5Vcc lorsque le servo est connecté (sinon, le signal est de 25Vcc environ). En effet, l'entrée du servo charge assez fortement la pentode. Le condo C44 permet de n'envoyer que la composante alternative, qui est clampée à 0 par la diode D48. Ainsi, sur le servo le signal est compris entre 0 et +5V.
Sur l'anode de V6, on prélève le signal par C45 qu'on envoie à la grille de V7, montée de la même manière que V6. Le second servo est commandé de la même manière que le premier.
Ainsi fait, les deux servos sont commandés sur le signal détecté et son complément, puisque le signal détecté est en phase avec le signal présent sur l'anode de V6 et en opposition avec celui présent sur l'anode de V7.

L'ampli s'alimente en 40V environ en HT. Le chauffage est assuré par une tension de 2V pour le moment ...

Voici les signaux présents sur les anodes des lampes en fonction d'un signal BF d'entrée :


Réalisation :
cet ampli est câblé sur une plaquette epoxy dont voici le typon et l'implantation :



Notez en bas à gauche, en marron, C41 et R31 debout, formant le filtre FI. Les deux connecteurs des servos sont situés tout en haut. A noter également les deux diodes 1N4148 "cachées" près de ces connecteurs ...
Voici cette plaquette réalisée :


L'entrée BF et le filtre FI :


les connecteurs des servos :


Les valeurs des composants sont les suivantes :


Pour vérifier le câblage, il suffit de mesurer les tensions sur les anodes, en l'absence de signal BF (entrée à la masse) :


Si on veut tester l'ampli, il faut injecter un signal rectangulaire de rapport cylcique variable, fréquence de 300Hz environ, amplitude de 0,5 à 1Vcc, brancher les servos et vérifier leur positionnement en fonction du rapport cyclique.

L'essai de transmission consiste à :
- installer une antenne de 30 cm, verticale, sur l'émetteur
- mettre un quartz de 27.095 MHz
- l'alimenter avec des accus
- installer une antenne filaire de 1 mètre environ sur le récepteur
- mettre un quartz de 26.640 MHz
- l'alimenter provisoirement avec une alim de labo
- ne pas connecter les servos, mais visualiser le signal détecté

Normalement, on doit obtenir un signal détecté qui suit les réglages des deux potentiomètres du codeur d'émission.
On doit très certainement avoir besoin de retoucher les réglages des transfos FI, car les deux oscillateurs ne sont sûrement pas exactement décalés de 455 kHz, puisqu'un des quartz est en mode parallèle, l'autre en mode série et je n'ai pas installé d'ajustable de tirage.
Pour cela, il faut inhiber la CAG en court-circuitant à la masse cette ligne (par exemple au niveau de C25), et on règle successivement les noyaux pour avoir le maximum d'amplitude détectée.
Il faut aussi s'assurer des bons réglages des oscillateurs et de l'adaptateur d'antenne émission. Au besoin, il faut changer C210 et/ou C211 pour obtenir le maximum d'amplitude du signal BF détecté.

Lorsque tout est ok, il suffit de connecter les servos et de constater qu'ils suivent les positions des potentiomètres du codeur.

Voici quelques photos :


l'émetteur avec le bloc d'accus


j'ai mis un inter sur l'alim de chauffage pour pouvoir arrêter facilement l'émission


l'émetteur, le codeur et les 2 potentiomètres de commandes


le récepteur complet; les servos sont déconnectés


le module ampli BF peut être soulevé pour accéder à la détection

Les essais d'ensemble sont -pour l'instant- remis à plus tard, André, m'ayant demandé d'étudier une version monocanal ...

En fait, la question se pose si on veut un système "tout ou rien" avec un échappement, l'avantage étant la simplicité, l'inconvénient majeur étant qu'il faut une sorte de multiplexeur qui est en fait un relais pas à pas qui commande successivement les gouvernes ..

A l'émission la modification est simple : il suffit d'insérer un interrupteur qui permet de couper ou mettre en service le codeur qu'on aura réglé sur une fréquence connue, par exemple 400Hz, en positionnant les potentiomètres à la bonne valeur. On s'arrange pour que le signal soit carré, c'est-à-dire de rapport cyclique égal à 1/2 et justement, si on a respecté les valeurs des composants, cette position correspond grosso modo à la mi-course (2,5 ms = 2 x 1,25 ms = 400Hz)

A la réception, par contre, il faut un filtre énergique à cette fréquence et une commande de puissance permettant d'alimenter un relais (qui commandera l'échappement). A l'époque, on utilisant des relais sensibles, galvanométriques, mais très fragiles. Aujourd'hui, on peut utiliser bien sûr un transistor, mais ce serait de la triche !
Mais il y a des lampes subminiatures qui permettent de commander un courant de plusieurs dizaines de mA, et des relais 24V qui conviennent. Voici donc le schéma de cet ampli-filtre :


La lampe V8 est un ampli accordé dans l'anode par L/C72 à 400Hz. Son gain est de l'ordre de 100, ce qui permet d'avoir une sensibilité de l'ordre de 100mV.
L'entrée provient de la détection, directement.
Les 2 diodes, C73,C74 et R65 forme un redresseur double alternance. La tension présente aux bornes de R65 passe par un maximum (presque 10V) lorsque la modulation de 400Hz est reçue.

V9 est une pentode de puissance qui comporte la bobine de relais comme charge. Elle est polarisée par une tension négative de l'ordre de -6V, donc en l'absence de signal d'entrée, ou en présence d'un signal qui n'a pas la bonne fréquence, V9 est bloquée, son courant anodique est nul, le relais est au repos.
Lorsque le 400Hz est détecté, le redresseur fournit une tension positive qui contrecarre la polarisation de V9 qui se sature : le relais colle !
Suivant l'amplitude du signal reçu, la bande de fréquence est plus ou moins étroite. Avec 100mV en entrée, on a une bande de 20 Hz autour de 400.

Voici le schéma d'implantation de ce filtre :


et voici une photo de ce filtre :

Comme on peut le constater, ses dimensions sont réduites.
Petit souci : il faut une tension négative. Soit on utilisera quelques piles (qui ne débiteront rien), soit on fera un montage oscillateur-redresseur.

Caractéristique de la bobine L :
pot ferrite Epcos RM8 3E4 A 8000
750 tours 1/10 émaillé
R=60 à 65 ohms
L= 4H environ
Caractéristique du relais R:
tension nominale : 19-29V DC
résistance : 800 ohm
contact 1T (ou plus si besoin ...)