Un petit émetteur AM en OC à quartz

par Daniel Maignan

La modulation de l’amplitude d’un signal (onde porteuse) par un autre signal de fréquence plus basse (modulant), consiste à mélanger ou à « mixer » ces deux signaux, créant ainsi des bandes latérales dont l’amplitude varie avec la modulation, autour de l’onde porteuse.

Ne pas tout mélanger :

Il ne faut pas confondre l’opération décrite ci-dessus avec celle pratiquée en audio, dans les tables de mixage en particulier, où ce que les spécialistes de la BF appellent le « mixage »,  consiste à additionner des signaux. On voit sur la figure 1 le résultat de l’addition de deux signaux, alors que dans un mixer radio les signaux sont multipliés mathématiquement (produit de deux signaux alternatifs), comme le montre le résultat de la figure 2.

Ce procédé est également qualifié, dans certains cas, d’hétérodyne, du grec hétéro : autre, différence et dyne : force. 

                                       Figure 1 –addition de signaux

                                          Figure 2 – Multiplication de signaux

Comment moduler en amplitude un signal par un autre signal :

Dans la mise au point d’un modulateur, l’emploi d’un oscilloscope est indispensable, car le niveau des deux signaux à mélanger est une donnée d’une importance majeure et un modulateur mal conçu ou mal utilisé peut délivrer un signal modulé saturé, une modulation non linéaire ou pas de modulation du tout (pas de multiplication), mais une addition. La modulation d’amplitude, appliquée au tube final et dénommée modulation plaque ou modulation par l’anode, fut pendant des décennies le procédé universel que l’on trouvait dans tous les émetteurs, aussi bien pour la radiodiffusion, les télécommunications, les radioamateurs…

Dans ce type de montage, la puissance audio délivrée par le modulateur est couplée à l’alimentation HT du circuit plaque par l’intermédiaire du secondaire du transformateur de modulation (figure 3). Pour une modulation à 100%, la tension BF doit être telle que la tension plaque varie entre 0 et deux fois la valeur de la HT. Le modulateur doit être capable de fournir une puissance au moins égale à la moitié de la puissance fournie par la haute tension. Par exemple avec un amplificateur de 100 watts alimentation, la puissance audio du modulateur doit être au moins égale à 50 watts.

                       Figure 3- Modulation plaque

L’étage de puissance modulé, qu’il soit à tube ou à transistor, doit fonctionner en classe C (temps de conduction inférieur à une alternance), avec un signal d’entrée suffisant pour bien alimenter l’étage, quelle que soit la valeur instantanée de la tension d’anode ou de collecteur modulée. D’autres procédés de modulation de l’étage final, moins consommateurs d’énergie, mais moins efficaces sont possibles : la modulation grille ou base pour le transistor, la modulation par contrôle du courant cathodique ou de l’émetteur, la modulation écran, la modulation par la grille suppresseuse…

La modulation peut être aussi appliquée sur un étage à bas niveau. Dans ce cas, l’amplification en aval doit reproduire avec fidélité les variations d’amplitude.

Il existe aujourd’hui des techniques de modulation par multiplication directe de l’onde porteuse et du signal de modulation dans un multiplicateur 4 quadrants (MC1595-AD633) ou modulateur équilibré MC1496. Cette solution attrayante reste cependant limitée à des fréquences bien inférieures à 100 MHz. Le AD633, par exemple, ne pouvant fonctionner au-delà de 1 MHz, le MC1595 jusqu’à 20 MHz et le MC1496 jusqu’à 10 MHz. Une solution intéressante qui peut être exploitée à toutes les fréquences est la modification du gain d'un amplificateur au rythme du signal modulant. L’étage d’entrée différentiel d’un circuit genre MC1496 dont le gain est commandé dans le circuit des émetteurs communs par un transistor connecté au signal BF mériterait d’être reproduit et essayé (figure 4).

Le NE592 dont la commande de gain est accessible, semble également intéressant, il est de plus facilement approvisionnable à un faible prix.

                     Figure 4- Etage d’entrée du MC1496

Un montage simple et efficace à expérimenter:

Le principe consistant à moduler directement un oscillateur semblerait une bonne solution, car le niveau d'oscillation est fonction, dans une certaine mesure, de sa tension d'alimentation, du moins à partir d'une certaine limite inférieure au dessous de laquelle l’oscillateur ne fonctionne plus. Il est possible d'obtenir une modulation d'amplitude en faisant varier la tension d'alimentation au rythme du signal modulant, mais cette méthode présente de nombreux inconvénients car elle n'est pas très linéaire et le taux de modulation ne peut pas atteindre 100%, car l'oscillateur décroche si la tension d'alimentation est trop basse et la fréquence du signal modulant ne peut pas être élevée, car le niveau d'oscillation ne peut pas suivre rapidement la variation de la tension d'alimentation.

D'autre part, une variation de la tension de polarisation du tube ou du transistor se traduit par une modification de ses capacités internes ; or ces capacités déterminent au moins partiellement la fréquence d'oscillation, la modulation AM est donc accompagnée d'une modulation parasite de fréquence.

Il n’est donc pas conseillé de moduler directement un oscillateur.

Le procédé qui est retenu consistera donc à moduler l’étage amplificateur fonctionnant en classe C qui suit l’oscillateur, ce qui s’avère avantageux et facilement reproductible. Deux méthodes de modulation, par transformateur et par l’alimentation (AOP), dont les schémas sont représentés en figures 5 et 6, ont été expérimentées.

   Figure 5 – Schéma version avec modulation par transformateur

        Figure 6 – Schéma version avec modulation par AOP TL072 ou TL082

Se procurer un transformateur de modulation ne doit, en principe, pas poser de problème. J’ai pour ma part utilisé un petit transformateur d’alimentation 220V/20V (figure 7).

                       Figure 7 – Transformateur 220V/20V

  Comme on peut le constater, le schéma est moins compliqué que celui de la modulation par l’alimentation et fonctionne sous 12 V; l’entrée modulation se fait dans ce cas à basse impédance. On peut atteindre un taux de modulation approchant les 100% avec les deux versions.

Plusieurs montages différents ont été évalués pour l’oscillateur avec les quartz des surplus américains de la 2^ème Guerre Mondiale (figure 8) et c’est le plus simple, avec un transistor JFET BF245, qui a été retenu.

                                 Figure 8 – divers quartz FT243

Ce dernier est donc suivi du transistor BC348A qui fonctionne en classe C, car c’est tout simplement le signal d’entrée qui provoque sa conduction, avec un courant de base qui se referme dans la résistance ajustable de 22 kohms.

L’application de la modulation, à l’instar de la modulation plaque des tubes, a lieu sur cet étage, soit avec le transformateur, soit avec le modulateur à amplificateurs opérationnels, avec un point de repos qui est fixé à 12 volts par le pont diviseur constitué des deux résistances de 100 kohms sur l’entrée non inverseuse du premier amplificateur oprationnel. La contre-réaction englobe le transistor 2N2222 et, comme le gain en tension continue de la chaîne d’amplification est égal à l’unité, on retrouve 12 volts sur son émetteur.

Un réglage correct de la résistance ajustable de 22 kohms multitour doit être effectué en examinant le signal modulé sur un oscilloscope afin d’obtenir en sortie une bonne symétrie de la modulation. Notons que ce réglage diffère selon le niveau du signal HF donné par chaque quartz.

Le tableau ci-dessous résume les conditions de fonctionnement des deux versions.

Les oscillogrammes (5V/cm) des figures 9 et 10 montrent le signal modulé avec un quartz FT243 de 8306 KHz sur les 2 versions à une fréquence de modulation égale à 100, 1000 et 3000 Hz.

                                                                           figure 9 – Signaux avec modulation par transfo.

f                                                                              Figure 10 – Signaux avec modulation par AOP

Réalisation :

Le brochage des composants est donné en figure 11.

                                  Figure 11 – Brochages

Les figures 12 et 13 représentent la version AOP câblée sur une carte à pastilles. Pour ceux d’entre vous qui sont quipés du matériel nécessaire, les figures 14 et 15 représentent le typon d’un circuit imprimé pour la version modulation par AOP, accompagnée de l’implantation des composants vue de dessus.

Il est recommandé de monter le TL072 (ou TL082) sur un support. Le quartz devra également se connecter sur un support, ne serait-ce que pour l’interchangeabilité, et surtout s’il s’agit de FT243 non prévus pour être soudés.

                                                               Figure 12 – Circuit vu de dessus

                                             Figure 13 – Circuit vu du câblage

                      Figure 14 – Le typon du circuit imprimé version AOP.

                                Figure 15 – implantation des composants.

Essais :

Lors des essais, avec les quartz disponibles, l’oscillateur a fonctionné de 5,8 à 11 MHz. Connectés à un morceau de fil de quelques mètres, ces petits montages d’une grande simplicité, donnent un entière satisfaction en ondes courtes, avec une portée suffisante pour assurer une bonne réception dans un rayon de 50 mètres sur n’importe quel poste muni de ces  gammes d’ondes.

Pour terminer, je tiens à remercier chaleureusement Fernand Maton RFL 5018 qui est à l’origine de l’étude de ce projet et de la rédaction du présent article.

Bonne réalisation !

Daniel Maignan/RFL699/F6HMT

sanfil9201@wanadoo.fr

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