Historique de la radio
L'étage mélangeur (mixer)
Superhétérodyne
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On passe du récepteur direct au récepteur super-hétérodyne entre les deux guerres. La fréquence de l'émetteur qu'on veut recevoir est transformée en une fréquence fixe qui peut être amplifiée plus aisément.
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L'étage mélangeur (ou mixer) d'un récepteur permet de changer la fréquence du signal de l'émetteur en une fréquence fixe pour tous les émetteurs. Le récepteur super hétérodyne a de nombreux avantages: il ne faut accorder que deux circuits: un circuit d'antenne et un oscillateur local. La fréquence intermédiaire issue du mélange est la même pour tous les émetteurs. La fréquence intermédiaire peut être nettement plus basse, là où les tubes de l'époque amplifient plus. Les premiers récepteurs avaient une fréquence intermédiaire de 50kHz.

Il y a plusieurs systèmes pour mélanger le signal de l'antenne au signal d'un oscillateur local pour obtenir la fréquence intermédiaire. Dans tous les cas on utilise un élément non-linéaire pour produire la FI: une diode, un tube ou un transistor:

  • On peut utiliser un tube bi-grille où les deux signaux sont appliqués à une grille séparée. Ces tube n'avaient pas de bonnes caractéristiques et n'ont plus été utilisé à partir des années 1930. On ne trouve plus de récepteurs à tube bi-grille en état de fonctionnement.

  • On peut utiliser un tube dont une partie des électrodes forment un oscillateur. Les premières électrodes forment l'oscillateur, tandis que le signal d'antenne est appliqué à la seconde grille de commande. Selon le nombre d'électrodes, nous avons une hexode, une heptode ou une octode.

  • On peut utiliser un tube qui combine un oscillateur (sous forme de triode) et un tube mélangeur (heptode) qui reçoit le signal d'antenne sur sa première grille.

  • Pour les fréquences plus élevées (FM) on utilise une triode oscillatrice et le signal est ajouté à une seconde triode qui reçoit sur la grille à la fois le signal d'antenne et le signal de l'oscillateur local.

  • Pour les fréquences encore plus élevées on utilise un oscillateur et une diode mélangeuse. A ces fréquences, les tubes avaient de si mauvaises caractéristiques que c'était la seule méthode possible.

Le mélange du signal d'antenne au signal de l'oscillateur local (dans le cas d'un récepteur) est comparable au mélange du signal audio au signal de l'oscillateur (émetteur AM). Si on utilise des composants différents, c'est que les puissances sont différentes.

Nous décrivons maintenant quelques systèmes qui ont été uilisés.

Octode EK1, EK2, EK3
Ces tubes utilisent un système d'électrodes tel que la première et la seconde grille forment un oscillateur local (la seconde grille agissant comme anode de l'oscillateur). Le signal d'antenne est injecté à la grille 4, mais voici à nouveau une liste des électrodes:

  1. K cathode à chauffage indirect
  2. G1 grille de commande de l'oscillateur
  3. G2 grille-anode de l'oscillateur local
  4. G3 grille-écran
  5. G4 grille de commande recevant le signal d'antenne
  6. G5 grille-écran
  7. G6 grille suppresseuse
  8. A anode
La description qui suit est d'application pour le tube EK3 en particulier.

Le tube octode a une construction spécifique où l'oscillateur forme une partie séparée. Le flux d'électrons forme 4 faisceaux, deux pour l'oscillateur et deux pour le mélangeur. Les électrons qui sont repoussés par la seconde grille de controle ne retournent pas dans la partie oscillateur, mais sont absorbés par la grille-écran (nuage jaune).

Le tube EK3 est en fait un tube qui s'apparente plus à une triode-hexode, mais était vendu comme octode pour ne pas payer de licence à Telefunken, qui avait le brevet de la triode-hexode.

A cette époque, il y avait une taxe sur les postes de radio basée sur le nombre de tubes (un système qu'on devrait remettre à l'honneur en ce qui concerne l'utilisation de smartphones dans les lieux publics). Il était donc interessant de développer des tubes qui avaient le plus de fonctions possibles. Les tubes multiples (triode-hexode, double triode,...) étaient taxés par fonction: la taxation a donc bloqué le développement de certains tubes.

Le premier circuit à droite est le schéma de base d'un étage changement de fréquence américain. Le circuit oscillant est placé entre la cathode et la première grille. Le tube amplifie grâce à la seconde grille qui agit comme anode à potentiel fixe (montage à anode commune). Ce montage permet de réduire l'influence de l'oscillateur sur le circuit d'antenne.

Une octode a également des inconvénients:

  • Le rendement à la conversion est moindre qu'avec un tube où le signal d'antenne est introduit à la première grille
  • Le signal de l'oscillateur peut se retrouver à l'antenne, ce qui transforme le récepteur en émetteur parasite
  • La fréquence de l'oscillateur local peut varier sous l'influence du CAV (controle automatique du volume).
Comme le changement de fréquence s'effectue dans un tube multifonction, la fréquence de l'oscillateur local peut légèrement varier sous l'influence d'un émetteur puissant. La radio s'accorde sur l'émetteur le plus puissant, au détriment d'un émetteur moins puissant situé à une fréquence proche. Les commerciaux ont nommé cet effet "autotune". L'effet est un peu comparable à la réception en FM, où seul l'émetteur le plus puissant est reçu.

La fréquence maximale qu'on peut atteindre est environ 20 à 30MHz avec la dernière version du tube (AK3), mais des limites similaires existent pour les triodes-heptodes qui seront utilisées plus tard. C'est causé par le long temps de transfert des électrons dans le tube. Il faut passer à un autre système s'il faut monter en fréquence. On utilise alors une double triode ECC81 et puis ECC85.

Le principe du superhétérodyne est mis en application simultanément en Europe et aux Etats Unis, mais les tubes utilisés aux Etats Unis sont différents. Si en Europe on préfère l'octode avec ses 8 électrodes, au Etats Unis on utilise l'heptode ("pentagrid converter") qui n'a pas de grille suppresseuse (grille d'arrêt).

Nous sommes dans les années 1930 et la crise économique vient de frapper le pays de plein fouet. Le but est de fabriquer des récepteurs aussi bon marché que possible, avec 5 tubes seulement: une octode comme amplificateur et changement de fréquence, une pentode comme amplificateur fréquence intermédiaire, une diode-triode pour la détection, une pentode de puissance et une diode de redressement. Tous les récepteurs de cette époque sont construits selon le même moule par de petits fabricants locaux.

Quelques schémas de récepteurs radio de l'entre deux guerres sont décrits ici.

Récepteurs sur accus
Le second schéma de principe à droite est le schéma de base d'un étage mélangeur alimenté sur accus. Il y a un risque que le signal de l'oscillateur se retrouve sur le circuit d'antenne (le tube n'a pas de grille-écran entre la partie oscillateur et la partie mélangeur).

Après la seconde guerre mondiale, on continue à utiliser des heptodes dans les radios portatives à lampes. La consommation doit être la plus basse possible, et une heptode (DK96) n'a besoin que d'un seul filament comparé aux autres systèmes.

Ces tubes spécifiques fonctionnent sous une tension de 90V et nécessitent une tension de chauffage de 1.3V 25mA. Pour permettre une puissance de chauffage si basse, les tubes doivent avoir un chauffage direct (pas de cathode). Le courant qu'un tel tube peut débiter est limité: une pentode de puissance peut fournir un courant de 5mA pour une puissance audio de 100mW, mais c'est mieux que les transistors de l'époque.



Dans tous les circuits, on utilise le code couleurs suivant:

  • vert: signal HF (haute fréquence antenne)
  • jaune: controle automatique du volume (CAV) si d'application
  • rouge: oscillateur local (hétérodyne)
  • bleu: fréquence intermédiaire

Appareils sur secteur
On passe à un tube avec triode-heptode après la seconde guerre mondiale comme le tube ECH35 et puis ECH81. La triode est l'oscillateur local (hétérodyne) et l'heptode assure le changement de fréquence. Ce tube a un fonctionnement plus stable (fonction oscillatrice séparée) et peut monter un peu plus haut en fréquences.

Ce tube sera utilisé dans pratiquement toutes les radios à lampes après la seconde guerre mondiale. Ces radios à lampes d'après la seconde guerre mondiale sont décrites sur cette page.

Dans le cas d'un récepteur combiné AM/FM on utilise un tuner séparé en FM (voir ci-dessous). Le tube mélangeur AM est alors utilisé comme premier étage amplificateur de fréquence intermédiaire. La triode est mise hors fonction ou est utilisée comme préamplificateur audio, la grille de la triode et celle de l'heptode étant disponibles (non interconnectées).

La fréquence intermédiaire en FM étant plus élevée (10.7MHz au lieu de 455kHz), il faut un étage supplémentaire pour arriver à un signal suffisamment fort pour attaquer le circuit détecteur. La fréquence intermédiaire plus élevée est nécessaire pour obtenir une bande passante plus large de 300kHz pour la FM tandis qu'elle est de 9kHz pour la modulation d'amplitude.

FM et VHF
En FM et VHF (télévision) on utilise une triode double (oscillateur et mélangeur). Le tube standard est le ECC81 qui sera remplacé par le ECC85. Le changement d'émetteur ne se fait pas par des condensateurs variables, mais par des inductances variables.

Le pentodes et les tubes avec encore plus de grilles ne fonctionnent pas bien à ces fréquences élevées, le bruit de fond est trop important.

Si un gain plus élevé est nécessaire, on ajoute un étage HF contenant une double triode montée en cascode. Ce montage était présent dans certains téléviseurs haut de gamme. Les amplificateurs d'antenne étaient également pourvus d'un tel montage.

Mélange par diode
Pour les fréquences encore plus élevées, il n'est pas possible d'utiliser une triode, mais il faut passer à une diode (cristal). Les caractéristiques non-linéaires de la diode font apparaitres les différentes fréquences intermédiaires. Une description technique du mélange par diode et les applications pratiques se trouvent ici.

Les étages à diode étaient utilisés dans les syntonisateurs UHF (télévision) avant l'apparition des tubes à frame grid (grille sur cadre). Le fil de la grille est bobiné sur un cadre rigide, ce qui permet à la fois de réduire la distance entre la cathode et la grille et l'épaisseur du fil.

Le schéma à gauche a une triode amplificatrice (signal d'antenne et une seconde triode comme oscillateur local (triodes A2521). La moyenne fréquence utilise d'abord un étage cascode qui produit un gain élevé avec un faible bruit de fond (double triode ECC85) suivi de deux pentodes EF80.

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