Modulation d'amplitude
Réalisation d'un émetteur
AM
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Un secon exemple d'émetteur AM. Celui ci a été conçu et paufiné pour fournir un signal AM de qualité aux anciennes radios qui sont démonstrées lors d'expositions.
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Cette page fait suite à la page consacrée à la modulation AM et un émetteur AM simple.


Le condensateur à l'entrée a été remplacé par un de 4.7nF


Input RF Power Modulation Output
0mV 225mW - - (A)
100mV 235mW 20% 210mV (B)
200mV 250mW 40% 420mV
300mV 280mW 55% 600mV
400mV 350mW 65% 650mV (C)
500mV 400mW 70% 720mV (D)
600mV 450mW 80% 750mV (E)
700mV 500mW 100% 770mV (F)
800mV 480mW > 100% 780mV (G)

A: Bruit de fond, mesures impossibles
B: Le taux de modulation important fait que le son est bien audible (relèvement des niveaux faibles)
C: Le controle du gain du récepteur (delayed AGC) réduit l'amplification et commence à limiter le signal audio
D: Niveau de modulation maximum théorique (0dB sur l'échelle VU-mètre)
E: La puissance RF augmente moins, le taux de modulation augmente donc plus
F: Limite de fonctionnement, déformations perceptibles, le tube travaille à sa puissance maximale
G: Le courant g2 devient si important qu'il réduit le courant d'anode


La courbe de réponse est déplacée selon la polarisation g2, mais les lignes restent parallèles: l'amplification du tube reste constante.
Dans les années 1990, on me demande de fabriquer un petit émetteur pour pouvoir faire jouer les postes de radio à lampes dans une exposition. La salle d'exposition avait des structures métalliques et la réception était pratiquement impossible, c'était une cage de faraday pour les ondes longues et moyennes (la FM pouvait passer à travers des mailles).

Ce circuit est le plus élaboré que j'ai réalisé (pas tout seul) et il a été modifié plusieurs fois après des tests d'écoute. Je me suis basé sur un schéma qui était proposé dans des magazines consacrés à la radio. La puissance (fortement limitée) de l'émetteur permet une utilisation "privée", la portée étant d'une bonne dixaine de mètres (pour avoir une réception optimale).

Le signal de la VRT sur 927kHz, était très brouillé, le service mondial de la BBC sur 648kHz passait mieux que le signal de la VRT. Quelques années plus tard la VRT a décidé de stopper toutes ses émissions en ondes moyennes, car elles nécessitaient une puissance assez élevée: 300kW en moyenne par émetteur, soit la consommation de 500 ménages.

Le circuit proposé ici a des caractéristiques particulières. Il utilise le principe de la porteuse variable (carrier controlled modulator) qui permet d'augmenter la dynamique. Ce type de circuit est connu sous plusieurs noms: Dynamic Carrier Control, Controlled Carrier,... Mais décrivons le schéma en détail.

On utilise une triode-penthode PCF82, ce tube était utilisé comme changeuse de fréquence VHF dans les téléviseurs. La modulation fonctionne le mieux avec les tubes prévus pour le changement de fréquence (il s'agit également d'une modulation basée sur la courbe non linéaire du tube). Ca ne marche pas aussi bien avec d'autres tubes.

Partie radio-fréquence

L'oscillateur est à la fois le modulateur et le tube d'émission. Il s'agit de la partie penthode du PCF82. On a un circuit accordé sur la cathode et la grille. Ce circuit utilise un cristal pour la stabilité en fréquence (c'est nécessaire avec ce type de montage où un changement de polarisation produirait autrement un changement de fréquence).

Il faut acheter le cristal adapté à la fréquence qu'on veut utiliser. Le cristal utilisé ici travaille à 900kHz, ce qui se trouve très près de la fréquence de la VRT (927kHz). Sur l'écran de la radio, on ne remarque pas qu'elle n'est pas accordée sur la VRT, mais sur un émetteur "pirate".

Le réglage est assez critique (il ne faut pas que l'oscillation stoppe quand l'émetteur travaille à la puissance minimale) et doit se faire sans signal audio. Il faut régler tous les circuits accordés pour avoir le signal à l'antenne le plus fort possible.

La puissance à l'émission étant très faible (0.5W environ) il faut utiliser une antenne accordée (filtre en pi). J'ai seulement réalisé la partie électronique, un spécialiste en antennes a réalisé la partie haute fréquence (circuits accordés et antennes). Il faut refaire l'accord de l'antenne et donner de l'eau aux plantes chaque fois qu'on déplace l'émetteur.

  • Le condensateur variable en parallèle sur le cristal sert principalement à accorder le circuit oscillant pour avoir l'amplitude la plus forte possible. La déviation en fréquence est minime. Régler pour avoir le signal le plus fort sur l'anode.

  • Le second condensateur variable sert à accorder le circuit oscillant à l'anode. Il faut ici aussi régler le condensateur pour avoir une amplitude maximale (utiliser l'indicateur d'accord d'un poste de radio pour éviter de desaccorder le circuit par la présence d'une probe). On peut éventuellement se baser sur le courant de plaque qui est minimum quand l'accord est bon.

  • Le troisième condensateur d'accord sert à accorder l'impédance du circuit d'antenne, pour s'assurer du meilleur transfert de puissance, l'antenne étant ici une tige de métal de 3m de long. Ici aussi utiliser un récepteur pour déterminer l'accord idéal.

Partie audio

Le signal sonore est amplifié par la triode. La triode a une grille très resserrée, et donc un controle important sur le flux d'électrons. La résistance de fuite est élevée (10MΩ), ce qui fait que la grille se polarise automatiquement à -0.5V (électrons qui sont captés par la grille).

Quand on envoie un signal sonore, la grille agit comme l'anode d'une diode. La diode entre en conduction quand le signal est positif, ce qui fait que la polarisation de la grille devient plus négative quand le signal sonore est important (la polarisation passe à -2.5V quand le signal sonore est maximal). Quand le signal sonore est réduit, la charge s'échappe via la résistance de polarisation et la tension retombe à -0.5V.

Quand il n'y a pas de modulation, la tension sur l'anode est d'environ 20V. Elle passe à plus de 100V quand il y a un signal sonore maximal. L'anode de la triode est connectée à la seconde grille de la penthode. La triode agit donc directement sur la penthode, mais contrairement aux montages classiques, ici la composante continue est également transmise.

Nous avons donc un signal alternatif, c'est le signal sonore, mais également une composante continue, la polarisation, qui change avec le volume sonore.

Quand la tension sur g2 est faible, le courant anodique est également faible. Le courant augmente avec la tension appliquée sur g2.

Quand il n'y a pas de signal sonore, la polarisation de la grille de la triode est à -0.5V. La tension sur l'anode est alors à +20V, et cette tension est également présente sur la grille-écran (g2). Le courant de plaque est faible et la puissance d'émission l'est également.

Quand il y a un signal sonore maximum, la polarisation de la grille passe à -2.5V par l'effet de la diode. La tension sur l'anode est alors de 110V. La penthode qui reçoit cette tension sur sa grille-écran a un courant de plaque plus élevé.

Le résultat net est donc que l'émetteur fonctionne à basse puissance quand le signal sonore est faible et à haute puissance quand il est fort. C'est très interessant pour les grands émetteurs industriels (qui demandent une puissance allant jusqu'à 1MW). L'utilisation de la porteuse variable permet de réduire la consommation d'environ 50% sans réduire trop le confort d'écoute.

Mais ici on a d'autres avantages qui jouent. La consommation n'est pas le critère déterminant: il faut plus de puissance pour le chauffage du filament que pour la haute tension.

Quand le signal sonore à moduler est faible, l'émetteur travaille à puissance réduite. Comme la puissance est réduite, le taux de modulation est malgré tout assez fort, ce qui fait que l'émetteur ressort bien par rapport aux parasites (le taux de modulation est une valeur relative).

Quand le signal sonore devient plus fort, la puissance de l'émetteur augmente également. Le taux de modulation reste assez constant, mais comme l'amplitude du signal est plus élevée, les récepteurs détectent un signal plus fort.

A partir d'une certaine puissance, le circuit de contre-réaction du poste de radio va réduire l'amplification, et donc limiter la puissance du signal détecté. Automatiquement il se produit une compression du signal sonore.

C'est ainsi que le signal de la VRT (en FM) est capté par un petit récepteur et envoyé à l'émetteur AM. La compression fait que les différents postes dans l'exposition peuvent recevoir le signal sans déformation, alors que la dynamique d'origine est plus élevée que ce qui est théoriquement possible en AM. La qualité sonore est très bonne.

Le signal en sortie (output) dépend fortement du type de récepteur utilisé (action plus ou moins retardée du controle automatique du gain).

Le circuit a subi une dernière modification lors des tests. Les temps d'attack et de decay d'origine donnant un mauvais résultat sonore, le condensateur à l'entrée à été remplacé par un de 4.7nF (au lieu de 100nF). La réponse en puissance de l'amplificateur est meilleure: quand le signal sonore augmente brusquement, le temps de réponse est d'environ 1ms (attack), tandis que quand le signal diminue, la puissance est réduite en 100ms environ (decay). La puissance de l'amplificateur suit plus rapidement les variations du volume sonore. L'écoute est devenue plus naturelle et on ne remarque plus le pompage.

La mesure du fonctionnement correct d'un émetteur se fait avec un oscilloscope. Nous analysons quelques tracés d'oscilloscope sur la page suivante.

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