Etude d'une maquette de récepteur FM
31. Alignement : principe
Sur un superhétérodyne à commande par CV, l'alignement se fait grâce à des condensateurs ajustables (trimmers et paddings)
Sur notre récepteur, l'accord se faisant par variation de tension aux bornes des varicaps, il faudrait un système qui relierait les 2 potentiomètres, un truc mécanique serait envisageable ...
Mais il y a plus simple !
Tout d'abord, j'ai relevé les tensions Vaol et Vacc lors de la réception de plusieurs stations.
Puis grâce à un fichier Excel, j'ai déterminé une droite reliant les 2 tensions :
On voit que la courbe est tout de même assez proche d'une droite et que la tension Vacc varie peu par rapport à Vaol.
Comment réaliser une "commande unique" dans ces conditions ?
Voici comment faire :
Un seul potentiomètre produit la tension Vaol, comme précédemment. Mais la tension Vacc est produite par un pont sommateur/diviseur entre Vaol et une tension fixe, notée Uo.
Il faudrait maintenant relier la tension Uo et le rapport des 2 résistances (k) à la droite d'étalonnage. Voici les relations liant ces 4 variables :
a et b sont les coefficients de la droite Vacc=a.Vaol+b
et voici les résultats :
la tension Uo est de +9,36V, le rapport des résistances est de 3,44 environ
Bien sûr cet étalonnage dépend des réglages des bobines et des CV ajustables de la tête HF, et si jamais on change ces réglages, il faudra refaire tout l'étalonnage !
Voici maintenant la solution technique :
Une zener stabilise une tension U, supérieure à la valeur maximale atteinte par Vaol en bout de bande.
A partir de cette tension U, un potentiomètre P produit normalement la tension Vaol.
La tension Uo est produite par un pont diviseur R2/R3 à partir de U. La résistance R3 est formée en fait de 2 résistances en parallèle, R3a et R3b afin de régler précisément Uo.
La tension Uo et la tension Vaol sont alors sommées par les résistances R4 et R5 pour produite la tension Vacc.
Les condensateurs C1, C2 et C3 découplent les tensions pour éliminer toute modulation parasite des tensions produites.
Pour obtenir U0=+9,36V, à partir d'une tension U de 24V (la zener est choisie BZX55C24V), les résistances R2 et R3 sont :
Le générateur Uo a alors une résistance interne équivalente égale à la mise en parallèle des 3 résistances, ce qui donne 3900 ohm environ.
Le sommateur peut alors être déterminé à partir du rapport de 3,44 nécessaire :
La résistance R4' est la résistance interne du générateur Uo, qui doit être retranchée à la valeur voulue, 9500 ohm pour déterminer un couple de résistances R4-R5 satisfaisant. Dans cet exemple, on voit que le rapport obtenu est proche (3,47)
Il reste alors à déterminer la résistance R1 en fonction des courants dans les différentes branches :
On table sur un courant de 5mA minimum dans la zerner ce qui est suffisant pour bien la polariser. Ainsi, le courant total est de 7,6mA, et la résistance R1 doit être égale (ou inférieure) à 18k. Elle doit dissiper un peu plus d'un watt, donc on prend une 2W.
Voici donc le schéma définitif du générateur des tensions d'accord :
32. Câblage du générateur des tensions d'accord
On peut câbler ce générateur sur un petit module qui pourrait être installé juste derrière la face avant du récepteur. Dans ce cas, les condensateurs C2 et C3 seront câblés au plus près de la tête HF.
le petit CI à l'anglaise
le module équipé
Ce module sera donc relié à la têe HF par 4 fils qu'on pourra toronner comme déjà fait (masse, +HT, Vacc, Vaol).
33. Essai du générateur des tensions d'accord
Ha, la commande unique est tout de même plus pratique !
Ce module générateur fonctionne bien, j'ai vérifié les tensions Vaol et Vacc produites, elles sont conformes. La présence des condos C2 et C3 élimine toute ronflette sur le signal BF. Voici deux oscillogrammes relevés lors de l'écoute d'un faible niveau sonore :
34. Commande automatique de fréquence (CAF)
La syntonisation de ce récepteur FM est assez pointue (comme tous les récepteurs FM d'ailleurs). Un CAF permet plusieurs choses :
- admettre un léger décalage de syntonisation en le corrigeant
- admettre un glissement de fréquence due à la température par exemple en le corrigeant également.
Comment ça marche ?
En sortie du discriminateur, le signal BF comporte une composante continue :
nulle si la syntonisation est parfaite
positive si l'accord est décalé dans un sens (par exemple fréquence trop grande)
négative si l'accord est décalé dans l'autre sens.
or, l'accord par varicap se prête bien à l'utilisation d'une CAF; il suffit d'ajouter (ou de retrancher) une petite tension sur la tension Vaol pour décaler un peu l'oscillateur local :
- si cette tension est positive, la capa de la varicap diminue, donc la fréquence de l'OL augmente un peu
- si au contraire elle est négative, la capa de la varicap augmente, la fréquence diminue un peu.
Si le discriminateur est câblé avec une phase correcte, la valeur moyenne du signal BF peut alors commander directement cette variation de tension (dans le cas contraire, l'accord va être impossible, la CAF tentant à chaque fois de s'écarter du 0, i lsuffira alors de croiser les fils D1-D2 du discri !)
Voici donc le schéma de l'adaptation à faire; tout d'abord, la valeur moyenne du signal BF est générée par une cellule RC de constante de temps élevée :
l'inter permet de mettre en service la CAF ou non
Pour que cette valeur moyenne agisse peu sur la tension Vaol, il suffit de monter un pont diviseur en insérant une résistance de 20M par exemple :
Les essais sont concluants : la syntonisation est plus facile, la plage de capture correspondant à une variation de tension de l'ordre de 0,2V de part et d'autre de la tension Vaol (ce qui correspond à environ 200kHz)
Par contre, le générateur de tensions Vaol et Vacc doit être légèrement modifié car le fait d'ajouter ce pont diviseur, même si son rapport de 1/20 modifie peu Vaol, il la modifie tout de même et il faut donc faire les corrections suivantes :
Ce qui oblige à changer la résistance R3b :
j'ai du vérifier les calculs des autres résistances car la tension U s'établissait à 24,6V au lieu des 24V théoriques
Cependant, les résistances R4 et R5 sont inchangées car la modification de R3b n'a que peu de conséquence sur le rapport désiré (qui a changé aussi)
Voici la branche R4-R5 :
et deux photos de cette adaptation :
entouré en violet : la résistance de 20M (2x10M), en rouge, le condo de moyennage, en jaune la résistance de 1M
l'inter de mise en service de la CAF qui peut être installé en face avant
35. Schéma actuel
Lors des essais précédents, je me suis aperçu que la résistance R1 de 18k du générateur des tensions d'accord, chauffait pas mal (ce qui est normal) et la chaleur produite échauffait le circuit et se communiquait à la diode zener; or, chacun sait que la tension zener est très sensible à la température !
La conséquence était que pendant la phase de chauffe (quelques minutes) la tension U variait, et donc la tension d'accord Vaol montait de 0,1 à 0,2V environ, ce qui obligeait à retoucher la syntonisation.
Le remède est d'installer cette résistance R1 sur le châssis et non sur la plaquette supportant la zener.
Autre petit défaut : la valeur élevée des condos C2 et C3 procurait un "retard", une sorte d'hystérésis au réglage. Le mieux est donc de baisser leur valeur à 10µF ce qu iest amplement suffisant pour bien découpler les tensions Vaol et Vacc.
Voici donc le nouveau schéma prenant en compte ces améliorations :
Ce qui m'amène à proposer, dans l'état actuel de cette étude, le schéma complet du récepteur (ça commence à faire du monde ...):
version PDF téléchargeable
ici
Notez la présence d'un galvanomètre à zéro central, branché sur la tension BF et qui permet de régler à l'accord parfait (qui correspond à une composante continue nulle, donc à la position centrale de l'aiguille)
Ce galva est un 100µA, il ne faut pas plus sous peine de trop charger la sortie du démodu. La valeur de la résistance série dépend bien évidemment de la sensibilité du galva. Sachant que la tension continue en sortie du démodu est de l'ordre de 2-3V maxi (positive ou négative), j'ai mis une résistance de 47kohm, ce qui donne une échelle de -5 à +5V environ.
Je pourrais continuer cette étude en ajoutant un amplificateur BF de puissance, une alimentation secteur et construire un boitier pour en faire un véritable récepteur FM.
Mais ce n'était pas le but de cette étude qui devait juste se limiter à établir les circuits de la partie "tuner", c'est-à-dire le changement de fréquence et la démodulation. Ainsi, je suis sûr que vous aurez à coeur de prolonger cette esquisse et que j'ai contribué à vous prouver que
"la FM, mais c'est très simple !"
vive la TSF à lampes.