Un RX OC superhétérodyne

               
 Par Daniel Maignan

Ce récepteur superhétérodyne est prévu pour recevoir les ondes courtes dans une bande de fréquence allant de 3,9 à 14,5 MHz, mais celle-ci peut être différente en modifiant la valeur des trois bobines enfichables.  
L’ensemble du câblage est réalisé entre des barrettes à cosses et les supports des tubes, en prenant soin de faire des connexions les plus courtes possibles partout où cela est nécessaire. 

This superheterodyne receives the short  waves from 3.9 to 14.5 MHz. The three RF coils are pluggable, thus allowing to change easily the frequency range. All the wiring should be carefully soldered and RF short connections should be done whenever necessary.
 

Présentation de l’appareil :

Huit objectifs ont guidé l’élaboration du projet : 

- L’utilisation de bobines interchangeables permettant d’étendre la réception à d’autres
fréquences.
- Un étage HF équipé du tube rimlock à grande pente EF42 avec accord indépendant. 
- Le choix d’une moyenne fréquence sur 1600 kHz afin d’obtenir une meilleure atténuation de la fréquence image.
- La démodulation par détection plaque qui donne une meilleure sensibilité que la détection à diode, tout en amortissant moins le dernier circuit moyenne fréquence.
- La réception en télégraphie (CW), BLU (SSB) et AM.
- Une alimentation HT avec redressement à tube diode et régulation à transistors. 
- Une stabilisation additionnelle de la tension d’alimentation des oscillateurs par diodes zener.
- Un filtre basse fréquence à encoche (notch) commutable.

Liste des tubes (en partant de l’entrée antenne):

- Etage HF accordé avec le tube rimlock EF42.
- Oscillateur et changement de fréquence avec le tube rimlock ECH42. 
- Amplificateur à moyenne fréquence avec le tube miniature 7 broches 6BA6.
- Détection plaque avec triode d’un tube noval 12AX7.
- Ampli de CAG et Smètre avec seconde triode du 12AX7. 
- Amplificateur BF avec le tube miniature 7 broches 6AQ5.
- Oscillateur BFO avec la double triode noval 12AU7.

Liste des commandes et réglages disponibles sur la face avant (voir les figures 1 & 2):

- Condensateur variable d’accord de l’étage d’entrée égal à 2 x 500pF (C27 et C31). 
- Inverseur entrée antenne haute/basse impédance (S2).
- Condensateur variable de 500 pF (C25) à commande démultipliée pour l’oscillateur local.
- Potentiomètre 5 kΩ bobiné (R10) pour le réglage du gain HF.
- Potentiomètre 1 MΩ à variation logarithmique (R15) pour le réglage du niveau BF.
- Commande du mode de réception CW/AM/BLU (S1).
- Interrupteur général Marche/Arrêt du récepteur.

Figure 1 - Face avant du récepteur

Figure 2 - Schéma du récepteur

 
Examen du schéma  (figure 2) : 

Le tube rimlock  EF42 qui possède une caractéristique de transfert à pente élevée, de l’ordre de 9,5 mA/V, délivre une amplification importante, de sorte qu’il est indispensable de calmer ses ardeurs en installant un amortissement adéquat sur le circuit d’entrée ; c’est le rôle de la résistance R11 de 1kΩ 1/2W en carbone aggloméré (figure 3) qui est insérée dans le circuit de grille, le plus près possible du support.  
Sur le primaire du transformateur d’entrée L13 se trouve l’inverseur S2 qui facilite l’adaptation du récepteur au type d’antenne utilisée: fil unique à haute impédance ou bien doublet avec impédance plus faible et descente coaxiale. Le secondaire L14 est accordé par le condensateur variable C27. Rappelons qu’en ondes courtes, avec les nombreuses stations puissantes et très proches les unes des autres, des  phénomènes de transmodulation se produisent fréquemment ; un moyen pour supprimer, ou du moins atténuer ce défaut, consiste à réduire l’amplification de l’étage d’entrée. C’est la raison pour laquelle celui-ci est équipé d’un potentiomètre bobiné R10 de 5 kΩ placé dans la cathode: à la variation du potentiel de cathode correspond une variation de la polarisation de la grille en sens inverse qui agit sur la pente du tube. L’action du potentiomètre de gain HF permet une variation de gain égale à 20 dB. 
L’écran est alimenté par une résistance R25 de 27 kΩ 1W efficacement découplée par C28, un 10nF 400V placé au ras du support et l’anode par la résistance R22 de 4,7 kΩ 1W qui amortit le circuit accordé L15/C31. Le condensateur de liaison C26 en céramique isole le circuit oscillant de la haute tension. 
L’étage changeur de fréquence avec le tube rimlock ECH42 qui est monté selon la configuration classique que l’on retrouve dans le fascicule « Radio Tubes », donne entière satisfaction. 
Bien que l’on recommande le battement infradyne pour des considérations de stabilité de la fréquence, le changement de fréquence fonctionne ici en supradyne, c’est à dire que la fréquence de l’oscillateur local est égale à la fréquence à recevoir plus 1600 kHz. En prenant quelques précautions mécaniques, ce choix nous permet de couvrir une bande un peu plus importante. Pour être efficaces, les découplages de cathode et d’écran doivent se trouver le plus près possible des électrodes correspondantes. Noter que la tension anodique de la section triode est régulée par le groupement de diodes zener DZ3.
Pour produire l’oscillation, les enroulements de L11/L12 doivent être câblés en opposition de phase. Seule L11, amortie par R36 pour éviter la présence d’oscillations parasites qui avaient tendance à apparaître en haut de bande, est accordée par C25 et C19. Afin d’avoir une bonne stabilité en fréquence, les deux condensateurs de liaison C22 et C23 doivent être impérativement avec un diélectrique mica. 
L’amplification moyenne fréquence 1600 kHz est confiée au tube miniature 7 broches 6BA6. La tension négative de la commande automatique de gain contrôle la grille N°1 à travers le secondaire du premier transformateur FI1. 
Noter que, dans cet étage également, il faut câbler les découplages à ras des organes à découpler et bien séparer physiquement l’entrée de la sortie afin d’éviter les couplages indésirables qui ne manqueraient pas de faire entrer l’étage en oscillation.
Nous verrons  plus loin comment réaliser des transformateurs sur 1600 kHz à partir de transformateurs 455, 472 ou 480 kHz.
On doit remarquer que cet étage détermine la sélectivité globale de notre récepteur. Nous avons fixé une valeur de moyenne fréquence à 1600 kHz, afin d’assurer une bonne réjection de la fréquence image, en particulier au dessus de 10 MHz. 
Mais en augmentant la fréquence intermédiaire, on a perdu en sélectivité.
Comme la section fréquence intermédiaire ne comporte qu’un étage, il est important de ne pas dégrader la sélectivité par la charge excessive que provoquerait un détecteur à diode classique.
C’est la raison pour laquelle le choix du démodulateur s’est porté sur la détection plaque qui  fonctionne sans courant grille, est très sensible et délivre de plus une certaine amplification du signal à fréquence intermédiaire.
On utilise ici une des triodes du tube 12AX7 dont la grille de commande est polarisée à une tension voisine du cut-off ; ainsi le courant plaque au repos est très faible (de l’ordre de 100µA). Pour obtenir cette polarisation, la résistance de cathode R14 a une valeur de 18 kΩ et est découplée par le condensateur C3 de 1 µF qui supprime la composante alternative BF.
Polarisée dans ces conditions, la triode détectrice plaque ressemble à un amplificateur fonctionnant en classe B.
La seconde triode du tube 12AX7 qui est montée en amplificateur apériodique, amplifie le signal à moyenne fréquence de façon à avoir en sortie un niveau qui donnera, une fois redressé par deux diodes 1N4148 (D5 et D6), une Commande Automatique de Gain (CAG) efficace.
Une troisième 1N4148 (D4) alimente un indicateur de niveau de réception (Smètre). 
La constante de temps de CAG appliquée à la 6BA6 est fixée à 0,15 seconde par les cellules R3/C16 et R28/C39.  
Le signal basse fréquence, dont le niveau est réglé par le potentiomètre  R15 de 1MΩ à variation logarithmique, attaque la grille de l’amplificateur de puissance équipé du 6AQ5. Ce dernier n’appelle aucun commentaire particulier. Le transformateur de sortie TS doit présenter une impédance de charge de 5 kΩ au circuit plaque lorsqu’un haut parleur de 4 Ω est branché sur le secondaire.
L’oscillateur de battement (BFO = Beat Frequency Oscillator) 1600 kHz permet la réception des émissions en télégraphie (CW) et en bande latérale unique (BLU).
Le principe consiste à hétérodyner le signal à la sortie de l’amplificateur à moyenne fréquence avec un oscillateur auxiliaire pour obtenir un battement à fréquence audible. Cet oscillateur est construit avec une double triode noval  12AU7. Le circuit oscillant connecté à la grille de la première triode résonne sur 1600 kHz. L’inductance ajustable L4 de 50 à 75 µH, ainsi que le condensateur mica C8 de 150 pF sont logés dans un blindage de transformateur moyenne fréquence. Les deux triodes sont couplées par leur cathode. Le signal est amplifié par la deuxième triode et l’oscillation est entretenue grâce au condensateur mica de C9 de 270 pF. L’oscillateur est alimenté par une tension réduite stabilisée par DZ2 qui est égale à 110 Volts environ.
  
 Liste des composants : http://maignan-daniel.e-monsite.com/medias/files/lien-liste-composants.doc
                                                   
L’alimentation (figure 4) hybride est très simple, avec le tube EZ80 qui redresse en double alternance et délivre une tension filtrée par deux condensateurs de 22 µF 450Volts et une résistance de 150 Ω. Suit un régulateur série comportant deux transistors haute tension, avec une référence de 220 volts fixée par les quatre diodes zener.

Figure 4 - Schéma de l'alimentation

On obtient, grâce à ce procédé peu encombrant, une haute tension continue de 220volts environ stable et bien filtrée. 
Une diode led connectée au 6,3V chauffage à travers une résistance de 470 Ω remplit le rôle de témoin de marche du récepteur.

Performances :

Ce récepteur adopte les bonnes recettes qui permettent d’obtenir des performances acceptables. C’est ainsi que l’on pourra, avec le BFO actionné, recevoir des signaux inférieurs au µVolt (-107 dBm).

http://maignan-daniel.e-monsite.com/medias/files/lien-performances-et-mesures.pdf

 
Réalisation pratique :

Avertissement : 
A l’exception du condensateur de filtrage et des transistors de l’alimentation,  tous les autres composants peuvent être issus de récupération, cependant on devra vérifier leur qualité et mesurer leur valeur. Pour les résistances, on adoptera une tolérance maximale de +/- 5% et il faudra utiliser des condensateurs de découplage en respectant les tensions indiquées ainsi que le diélectrique préconisé.
Les tubes devront évidemment être contrôlés au lampemètre.

Mécanique:
La réalisation mécanique est laissée à l’inspiration de chacun.  
Sur ma réalisation j’ai utilisé un châssis de récupération sur lequel a été conservé  le système de démultiplication du condensateur variable, c’est à dire l’axe de commande ainsi que la petite poulie solidaire et la grande poulie, ainsi que le flector avec ses amortisseurs en caoutchouc qui étaient en bon état. Le condensateur variable principal de 2 x 500pF pour l’accord de l’étage HF, monté à l’origine sur des amortisseurs en caoutchouc complètement dégradés, a été remplacé par un modèle d’encombrement à peu près équivalent, mais monté sur un système d’amortissement à lamelles métalliques.
Le câble d’entraînement a été remplacé par un morceau de bas de ligne pour la pêche aux carnassiers en acier à brins multiples. J’ai fabriqué une face avant en aluminium s’adaptant sur le châssis. Celle-ci a été percée, abrasée, dégraissée, nettoyée sous l’eau avec un abrasif ménager et séchée, puis les indications avec des lettres transfert y ont été reportées. Enfin elle a été vernie. Afin de loger le mécanisme de démultiplication du condensateur variable de l’oscillateur, cette face avant est fixée sur le châssis par l’intermédiaire d’entretoises de 15 mm. De cette façon les potentiomètres sont directement solidaires du châssis, un trou de passage de 7 mm pour les axes est percé dans la face avant. Mais les interrupteurs A/M et inverseurs S1 et S2 sont, quant à eux, fixés sur cette dernière et on doit pratiquer dans le châssis, en face de chacun d’eux, un trou de 10mm au moins car leur longueur hors tout avec les cosses de sortie dépasse les 15 mm.
Un bristol tenant lieu de cadran et sur lequel j’ai reproduit une graduation sur une échelle circulaire est collé légèrement, avec quelques points de colle seulement, sur la poulie d’entraînement du condensateur variable.
Verticalement, au centre de la fenêtre de la face avant, est collé sur la face intérieure, un fil rectiligne en guise d’index. 
La section HF et le changement de fréquence se trouvent dans un blindage en fer étamé fixé sur le châssis à l’aide de quatre pattes (figure 5). Le tube EF42, ainsi que le premier bloc de bobinages L13/L14 sont séparés de l’ensemble par une cloison. Bien éloigner les bobinages de toute masse métallique (si possible distance > 15 mm). Voir la figure 6.

Figure 5 - Compartiment bobinages

Figure 6 - Vue du châssis

Confection des bobinages :

a) Transformateurs FI 1600 kHz  (FI1 et FI2): 
Je les ai réalisés à partir de transformateurs FI 455 kHz. Pour mener à bien cette opération,  les blocs doivent être facilement démontables sans dommages et facilement remontables après modifications. Leur fréquence doit être connue et, bien que l’on puisse utiliser n’importe quelle fréquence parmi 455, 472 ou 480 kHz, je recommande néanmoins les 455 kHz qui sont en principe les plus récents. Ils doivent être bobinés sur un circuit magnétique en forme de poulie (coupe en H) avec noyau réglable, voir la figure 7. 
 L’entraxe, c’est à dire la distance entre les axes des deux bobines, doit être de 30 mm environ et identique pour les deux. Si les deux transformateurs sont récupérés sur le même poste, il y a de fortes chances que l’entraxe sur le deuxième transformateur soit plus faible. Le ramener à la même dimension que sur le premier. Démonter les deux condensateurs d’accord et les mesurer. Connaissant leur valeur et la fréquence d’accord, il sera aisé de déterminer la valeur de l’inductance. On pourra aussi la mesurer si l’on possède le matériel nécessaire. Ôter du fil de façon à obtenir une inductance de 100 à 150 µH. Avec les transformateurs que j’ai utilisés, j’ai dû ôter 100 spires, ce qui a donné une inductance qui varie, en tournant le noyau, de 120 à 140 µH. 
Pour le calcul prendre la valeur moyenne de 130 µH qui résonne sur 1600 kHz avec un condensateur de 75 pF.

Pour ce faire, appliquer la formule :  C = 1/Lω² avec ω = 2∏F

Pratiquement, j’ai pris pour C14, C15, C1 et C4 des condensateurs au mica de 68 pF.
Une dernière remarque : le coefficient de couplage doit être négatif, afin de réduire l’influence des couplages indésirables dus aux capacités parasites. Si les bobinages sont enroulés dans le même sens, adopter la configuration suivante : entrée du bobinage primaire connectée à l’anode du ECH42, sortie primaire à la haute tension, entrée secondaire à la CAG, sortie secondaire à la grille du 6BA6. Même chose pour le deuxième transformateur : entrée primaire connectée à l’anode du 6BA6, sortie primaire à la haute tension, entrée secondaire à la masse, sortie secondaire à la grille du 12AX7.
 
b) Bobinages d’entrée et oscillateur local :
Ils sont confectionnés avec du fil émaillé de 40/100ème sur des tronçons de 35 mm en tube PVC de 15 mm employé dans les installations électriques. Les coller ensuite à l’araldite ® sur des culots de lampe octal ou des bouchons noval. 
   
     -L13/L14 : L14 est le bobinage supérieur avec 14 spires. L13 est bobiné au dessous avec un espace de 2 mm environ et comporte            au total 8 spires, avec une prise à 4 spires.

    -L15: même méthode avec 13 spires.

    -L12 et L11 : même méthode avec deux enroulements espacés et comportant 9 spires chacun.

 Le condensateur ajustable C19 est monté au sommet du tube. Une fois terminés et validés, les imprégner de cire chauffée au bain      marie, ou bien les enduire de colle époxy à polymérisation rapide. Ces trois bobinages sont représentés sur la figure 8. 

Figure 8 - Les bobinages enfichables

Le filtre BF à encoche et le commutateur S1:

Un filtre étroit à encoche 1 kHz, mis en service par le commutateur S1 en position CW, est monté en contre réaction entre la sortie de la triode 12AX7 et la sortie du 6AQ5. Il  permet de réduire le niveau de bruit, ainsi que les signaux brouilleurs adjacents à l’écoute en mode télégraphie. La résistance ajustable R41 sert à régler au mieux les performances de réjection du filtre, voir le lien performances et mesures. Le commutateur S1 doit comporter 2 galettes, S1a et S1b à 3 positions. La galette S1a commande le BFO (actionné en CW et BLU) et, comme vu précédemment, la galette S1b met en service le filtre 1 kHz uniquement pour la CW.

Câblage :

Effectuer un câblage aussi court que possible, employer du fil rigide de 15/10ème  sur l’oscillateur local. Utiliser des cosses relais dans la mesure du possible (Figure 9).

Figure 9 - Vue du câblage

                                                 Figure 11 - Brochage des transistors

Figure 10 - Brochage des tubes

Le brochage des tubes est représenté sur la figure 10 et celui des transistors de l’alimentation est indiqué sur la figure 11.

Il est indispensable de prendre toutes les précautions relatives à votre sécurité. En particulier ne jamais intervenir lorsque le montage est sous tension.

Mise sous tension, réglages et mise au point :

Avant de brancher, bien vérifier le câblage.

Mesure du signal de sortie :

Lors de l’alignement d’un récepteur, il est nécessaire de pouvoir noter le moment où le réglage est optimum. Le signal du générateur connecté sur l’entrée antenne doit être modulé en AM à 30 ou 50% par une source à 1kHz ou 400 Hz.
On peut utiliser pour l’opération d’alignement un oscilloscope ou mieux, un voltmètre électronique analogique connecté sur la sortie haut-parleur.

Réglage des transformateurs MF :

En raison de sa conception, l’unique réglage important du récepteur consiste à aligner la fréquence de résonance des deux transformateurs à moyenne fréquence sur 1600 kHz.
Pour ce faire, le point test de la tension de CAG doit être mis à la masse. Il est également indispensable de bloquer l’oscillateur local en court-circuitant L12. Mettre également le condensateur variable de l’étage d’entrée au minimum de capacité (CV ouvert) et réglez le potentiomètre de volume au maximum. Mettre la fréquence du générateur HF modulée sur 1600 kHz avec un signal élevé et le connecter sur l’entrée antenne. Se munir de l’outil de réglage compatible avec le modèle des noyaux et toujours procéder dans l’ordre au réglage du primaire du transformateur FI2 (L7), puis du secondaire (L5). Régler ensuite le primaire du transformateur FI1 (L9), puis du secondaire (L8). Si un affinage est nécessaire, répéter les réglages dans le même ordre.

Calage :

Le rôle du condensateur ajustable C19 est de caler la fréquence de l’oscillateur local pour recevoir la bande désirée. Son influence est d’autant plus grande que la fréquence est élevée. 

Essais:

Connecter l’antenne.
En agissant sur l’accord de l’étage d’entrée (C27/C31), on doit avoir sur la fréquence à recevoir, une forte augmentation du souffle. S’il n’en était pas ainsi, l’étage d’entrée ne fonctionnerait pas.
Nous l’avons dit ce récepteur est modeste. L’utilisation d’un accord d’entrée séparé facilite grandement la mise au point, mais il y a le risque de s’accorder sur la fréquence image.
En effet pour une réception de 4 à 10,8 MHz, celle-ci se trouve dans la plage d’accord (7,2 à 14 MHz). Afin d’éviter cette erreur il est conseillé de graduer grossièrement le bouton d’accord d’entrée tous les 2 MHz, par exemple. Enfin la figure 12 donne un circuit d’adaptation qui permet d’optimiser les performances de réception avec une antenne filaire d’une dizaine de mètres.

Rappel lien performances et mesures: http://maignan-daniel.e-monsite.com/medias/files/lien-performances-et-mesures.pdf

Figure 12 - Adaptateur d'antenne

Bonne écoute des OC
Daniel Maignan/F6HMT 

Bibliographie :

- Les Récepteurs de Trafic OC de J. Bastide F8JD Ingénieur I.E.G. Numéro spécial Radio REF.
-Radio Tubes de E. Aisberg, L. Gaudillat et R. De Schepper, Société des Editions de la Radio Paris.  

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