Un mini émetteur FM

Ce mini émetteur à modulation de fréquence délivre quelques milliwatts qui sont suffisants pour obtenir un signal confortable dans un rayon d’une centaine de mètres. Cette réalisation met en œuvre des composants modernes, peu onéreux et facilement disponibles.

Dans les années 2000, la firme américaine MAXIM lançait une série de cinq oscillateurs contrôlés en tension (VCO) de hautes performances en boîtier minuscule pour câblage en surface (CMS) SOT 23, prévus à l’origine pour réaliser des générateurs avec boucle à verrouillage de phase et système de contrôle de fréquence incorporé (varicap).
Seule une inductance extérieure est nécessaire, l’entrée pour la commande de fréquence et la modulation sont communes et la sortie du signal a lieu sur un étage différentiel.
Notre application utilise le modèle MAX2606 qui, avec une valeur d’inductance déterminée, couvre une portion de la bande FM de ±3 MHz autour de la fréquence centrale.

1) Examen du schéma :

L’émetteur se compose de deux parties, le générateur avec sa modulation (figure 1) et l’amplificateur (figure 2).

Figure 1

Figure 2

a) Le générateur :
L’entrée du signal BF est prévue pour le raccordement d’une source de modulation standard de 0 dB (775 mV eff.). Le signal est fortement atténué par le diviseur de tension constitué par la résistance de 220 k? et le potentiomètre de 22 k?, car un niveau de quelques dizaines de millivolts seulement est suffisant pour moduler pleinement l’oscillateur.
Le rôle de l’amplificateur opérationnel TL071 (ou TL081) qui suit, est seulement d’attaquer la broche 3 de l’oscillateur avec une impédance relativement faible, de façon à limiter l’interaction des deux signaux sur cette entrée qui est commune à la modulation et à la commande de fréquence.
L’entrée non inverseuse de l’amplificateur est polarisée par les deux résistances de 47 k? à la moitié de la tension d’alimentation, soit 4,5V, valeur que l’on retrouve en sortie, car le gain est égal à l’unité pour la tension continue. Le gain en alternatif est réduit au-delà de la bande utile (bande de base) par le condensateur de 100 pF connecté aux bornes de la résistance de contre réaction de 47 k?.
En outre, ce dispositif de contre réaction permet l’implantation du condensateur de préaccentuation de 1 nF dont la mise en service est assurée par un petit cavalier.
La tension variable de commande de fréquence s’effectue grâce à un potentiomètre à rotation démultipliée de 100 k?, dans les limites préconisées dans la note d’application du MAX2606 , à savoir 2,4V maximum et 0,44 V minimum, obtenues par les résistances de 120 k? et 18 k?.
Sur les broches 4 et 6, la sortie symétrique du signal à très haute fréquence est chargée par un transformateur de rapport 3÷1 confectionné sur deux perles en ferrite, et dont le point milieu est connecté à l’alimentation.
Noter la présence des condensateurs de 1 nF et de 10 nF qui doivent être câblés au plus près de leur broche respective.
Enfin soulignons qu’une tension de 9 volts est nécessaire au fonctionnement de l’amplificateur opérationnel, mais un 7805 pourvu de ses condensateurs de découplage, abaisse et régule la tension à 5 volts pour le MAX2606.

b) L’amplificateur :
Le secondaire du transformateur de sortie de l’oscillateur attaque, à travers un condensateur de liaison de 1 nF, l’amplificateur avec le transistor bipolaire BFR96, conçu pour amplifier des signaux à ultra haute fréquence de plusieurs centaines de MHz. Sa polarisation en classe A lui impose un courant collecteur d’une trentaine de mA lui permettant de fournir un gain d’environ 15 dB.
Le collecteur est chargé par un transformateur bifilaire de rapport 2÷1 qui est également réalisé sur une perle ferrite (figure 3).
Le signal de sortie amplifié traverse le condensateur de liaison de 100 pF, puis le circuit filtre passe-bas qui remplit également la fonction d’adaptateur d’impédance.

Figures 3 4

2) Réalisation :

a) Les transformateurs :
T1 est fabriqué avec deux perles en ferrite à haute perméabilité de 7,2 mm de long et 4,4 mm de diamètre couramment utilisées dans les cellules de découplage et que l’on trouve un peu partout sur les cartes électroniques. Celles-ci sont disposées côte à côte et collées avec une goutte de colle rapide. Le fil est du 13/100 mm émaillé.
Le primaire comporte 12 spires avec une prise médiane et le secondaire 4 spires, voir la figure 4.
De même, T2 utilise une perle identique à celles de T1 (figure 5). Deux brins de fil émaillé de 20/100 mm sont torsadés ensemble à raison de trois torsades par cm. Trois spires de cette torsade sont bobinées sur la perle. Les extrémités B et D sont reliées et l’ensemble est câblé selon les affectations mentionnées sur le schéma de la figure 2.

Figure 5

b) Le MAX2606 :
C’est un module pour montage en surface dont le boîtier SOT23 à 6 broches est minuscule et il est légitime que son câblage puisse effrayer certains.
Avant d’aller plus loin, il faut se procurer, si ce n’est déjà fait, des lunettes loupes frontales.
La puce pourra être câblée directement ou montée sur un support DIL 8 broches.
Dans ce cas, comme en général ces derniers sont évidés au milieu, il faudra donc encastrer et coller un petit plancher en verre epoxy (sans cuivre) et souder ensuite six petits fils de 8 mm de long dans six des huit trous du support.
Ecarter les fils, déposer une petite goutte de colle rapide au centre du plancher, prendre délicatement le module avec des petites pinces brucelles et le coller, en évitant que la colle ne déborde sur les broches du circuit.
Une fois la colle prise, fixer le support DIL avec un moyen quelconque sur le plan de travail, puis à l’aide d’un fer à souder très fin, souder les six fils sur les broches du circuit.
Il s’agit là, bien entendu, de l’opération la plus délicate, voir les figures 6 et 7.

Figure 6 7

c) La self d’accord L1 (inductance moulée de 390 nH ou 270 nH dans le prototype).
On peut également utiliser les selfs ajustables Neosid, par exemple la référence 00528901 dont la valeur est égale à 229 nH.
Mais toutefois, en cas de difficulté d’approvisionnement, cette inductance, en raison de sa faible valeur, est facile à confectionner.
Pour son essai, il faut bien entendu être absolument certain que le montage oscillateur est fonctionnel.
Faire les essais en connectant un morceau de fil au secondaire de T1 et en écoutant sur un poste FM, procéder par touches successives en installant une bobine L1. Celle-ci comporte 8 à 14 spires, selon la plage de fréquences désirée, et est confectionnée avec du fil nu de 60/100 mm bobiné sur une queue de forêt de 5 mm. Les spires en trop pourront être court-circuitées avec de la soudure, puis on procédera à l’ajustage final en écartant plus ou moins les spires restées libres.

3) Câblage général :

On peut le réaliser sur des petites cartes pastillées contiguës (figures 8, 9 et 10), avec dans ce cas, du petit fil émaillé thermo dénudable . Dans la section haute fréquence, faire un câblage au plus court et installer un gros fil nu pour la masse.
Mais l’émetteur pourra être avantageusement réalisé sur un circuit imprimé simple face , comme le montrent les figures 11 et 12.
Le potentiomètre de réglage de la fréquence est un modèle rectiligne du genre de ceux qui étaient utilisés dans les tuners de TV avec pré réglage des stations.

Figure 8 Figure 9

Figure 10

Figure 11 12

Câblages et mesures :

Vérifier la valeur des tensions aux endroits indiqués sur les schémas. L’unique réglage consiste à ajuster le condensateur de 25 pF et l’écartement de la self L2 pour obtenir le meilleur signal de sortie : meilleur rayonnement sur antenne avec un mesureur de champ, ou bien mesure sur charge 50 ? avec un milliwattmètre, ou encore une ligne de mesure et un voltmètre UHF ou bien un oscilloscope 100 MHz.

5) Mesures effectuées sur le prototype :

-Distorsion pour une excursion de 75 kHz avec une modulation à 1 kHz : 0,5% (sur la fréquence de 103 MHz, analyseur de modulation R&S FAM), voir le spectre de la modulation en figure 13.

-Préaccentuation à 15 kHz (avec le cavalier en place) : 14 dB.

-Puissance haute fréquence sur 50 ohms: 5 dBm environ (3 mW) (millivoltmètre URV5 R&S et analyseur HP 8590), voir la figure 14. Mesure faite avec la résistance d’émetteur non découplée, avec résistance découplée : 7/8 dBm.

Figures 13 14 15