Un émetteur spécial, couplé à une source BF, modulé en fréquence et transmettant dans la bande 150-160 kilohertz, sert à envoyer, sur le secteur 220 volts, une sonorisation que vous pourrez "récupérer" dans n’importe quelle pièce de votre appartement, maison ou entreprise, sur un récepteur FM spécialement conçu pour se syntoniser sur cette gamme de fréquence uniquement.
Figure 1 : Sur l’émetteur, nous appliquons le signal prélevé à la sortie d’une radio ou d’un quelconque préamplificateur stéréo.
Nous sommes prêts à parier, qu'après avoir lu l'introduction, vous vous êtes immédiatement dit que pour écouter de la musique dans n’importe quelle pièce d'un lieu donné, il suffirait d’acquérir autant de "radios-de-poche-made-in-Japan" que de pièces et le problème serait résolu !
Ce qui pourrait être exact pour un "particulier" l'est déjà beaucoup moins pour un "professionnel". En effet, si vous étiez gestionnaire d'une entreprise ou d’un restaurant avec 4 ou 5 pièces ou salles et si vous vouliez faire écouter, à votre personnel ou à vos clients, la musique ou une sonorisation quelconque issue d’un amplificateur ou d’un magnétophone situé au secrétariat ou près de la caisse, comment résoudriez-vous ce problème ?
N'oublions pas également que depuis votre amplificateur ou votre magnétophone vous pourrez, par microphone interposé, faire passer un message ou une annonce, ce qui n'est pas possible avec la solution des "radios-de-poche-madein-Japan".
Certains nous répondront encore qu’il suffit de relier deux fils sur la sortie haut-parleur de l’amplificateur afin de rejoindre les locaux intéressés et de connecter ces fils à de petites enceintes acoustiques. Bien sûr, ce pourrait être une solution. En pratique, pourtant, ce n’est pas réalisable car, en reliant en parallèle sur le haut-parleur principal des haut-parleurs secondaires, cela abaissera l’impédance de charge et, dans ces conditions, les transistors de sortie de l’amplificateur "partiront en fumée" après peu de temps !
En fait, si votre amplificateur a été étudié pour une charge de 8 ohms, en reliant en parallèle deux haut-parleurs, la charge descend à 4 ohms et, en reliant 3 haut-parleurs, la charge descend à 2,6 ohms.
Pour sonoriser plusieurs pièces, il n’y a qu’un seul système simple, utiliser les fils de l’installation électrique !
Même si sur ces fils une tension de 220 volts est présente, nous pouvons lui superposer un signal haute fréquence, compris entre 150 et 160 kHz, fourni par un petit émetteur modulé en fréquence. Ce signal pourra être récupéré sur n’importe laquelle des prises secteur de l’appartement par un petit récepteur FM, spécialement étudié pour recevoir cette gamme de fréquences.
La fréquence de 150-160 kHz que nous utilisons n’a pas été choisie par hasard.
Nous avons contrôlé le niveau d'atténuation des fréquences comprises entre 50 et 250 kHz en reliant l’émetteur et le récepteur à une distance de 100 mètres (longueur des fils de l’installation électrique), après avoir allumé toutes les lampes existantes dans le local.
Comme vous pouvez le voir sur le graphique représenté sur la figure 4, lorsque toutes les lampes sont éteintes, toutes les fréquences comprises entre 50 et 250 kHz, subissent une atténuation d’environ 10 dB. Mais si nous allumons toutes les lampes, nous constatons que toutes les fréquences supérieures à 170 kHz, subissent une atténuation d’environs 30 dB.
Nous avons également constaté, que seules les fréquences comprises entre 150 et 160 kHz subissent une atténuation mineure. Nous avons donc basé notre étude sur ces constatations pour réaliser l’émetteur et le récepteur que nous vous proposons ici.
Nous prévoyons déjà que certains nous demanderont si cet appareil peut être utilisé comme interphone, nous pouvons répondre immédiatement que c’est possible. Bien entendu, chaque "poste" devra disposer d'un émetteur et d'un récepteur. Il suffira alors d’appliquer, sur l’entrée de l'émetteur, le signal dûment amplifié d’un microphone.
Même si vous ne réalisez pas ce projet, il sera très instructif de savoir comment on peut moduler en FM une fréquence de 150-160 kHz.
Figure 2 : En reliant le récepteur FM à une prise du secteur 220 volts, nous capterons les signaux sonores envoyés par l’émetteur.
L'émetteur FM sur 150-160 kHz
Pour réaliser un émetteur modulé en fréquence sur des fréquences aussi basses, nous ne pouvions pas utiliser un classique oscillateur LC, car il aurait été presque impossible de faire varier la fréquence, par l’intermédiaire de diodes varicap.
Pour résoudre ce problème, nous avons réalisé un simple VCO (oscillateur contrôlé en tension) en utilisant le circuit intégré NE555 et nous avons modulé en FM le signal carré disponible sur sa broche 3 en appliquant le signal BF sur sa broche 5.
Pour connaître, avec une bonne approximation, quelle sera la fréquence générée par le NE555, nous pouvons utiliser la formule suivante :
kHz = 525 : (R12 kilohms x C12 nanofarads)
Dans notre projet, la valeur de la résistance R12 est de 1,5 kilohm et celle du condensateur C12 est de 2,2 nanofarads, théoriquement nous devrions obtenir la fréquence suivante :
525 : (1,5 x 2,2) = 159 kHz
Nous avons souligné que, théoriquement, nous devrions obtenir une fréquence de 159 kHz car nous devons tenir compte de la tolérance des résistances et des condensateurs qui se situe autour des ±10 %.
En figure 3, nous avons représenté le schéma complet de l’étage émetteur modulé en FM.
Le signal stéréo que nous avons appliqué sur les bornes d’entrée situées à gauche du schéma, est transformé en signal mono par le mélangeur passif constitué par les deux résistances R1 et R2. Le signal BF peut être prélevé sur la sortie ligne, présente sur l’arrière de chaque préamplificateur, ou bien sur la sortie casque. Nous avons prévu une entrée stéréo car, si nous ne modulions le signal qu'avec un seul canal, cela se ressentirait dans le récepteur. Pour ceux qui ne disposent que d’un signal mono, ils pourront indifféremment l’appliquer sur l’une ou l’autre des entrées.
Le signal BF ainsi mélangé, rejoint l’entrée non inverseuse (broche 5) du premier amplificateur opérationnel IC1/A, disponible dans le MC1458. La modification de la position du curseur de R7, disposé entre la broche de sortie et la broche inverseuse 6, permet de faire varier l’amplification en tension du signal d’un minimum de 2 fois à un maximum de 12 fois.
Avant de rejoindre la broche 3 du second amplificateur IC3/B, le signal passe à travers un filtre de préaccentuation composé de R8-C6 et de R9-C7 permettant de relever les fréquences aiguës.
Le signal BF présent sur la sortie (broche 1) de IC1/B est appliqué à travers R10-C10 sur la broche 5 de IC2, le NE555, qui permet de moduler en FM la fréquence qui sort par la broche 3.
Avant d’atteindre la base du transistor TR1, ce signal carré est transformé en un signal sinusoïdal par le filtre passe-bande composé de JAF1-C13 et de JAF2-C15 afin d’éviter de transmettre une infinité de fréquences harmoniques qui pourraient perturber la réception.
Le signal est ensuite amplifié par le transistor TR2 et appliqué sur la bobine MF1 accordée sur 150-160 kHz.
La diode zener DZ1, placée entre le collecteur de TR2 et la masse, ne sert pas à stabiliser la tension d’alimentation, mais seulement à protéger ce transistor des éventuels pics de tension présents sur le secteur 220 volts qui pourraient l’atteindre à travers MF1.
Le signal de 150-160 kHz est prélevé du secondaire de la bobine MF1 et modulé en FM. Il est ensuite appliqué sur les fils du secteur 220 volts par l’intermédiaire des inductances JAF3-JAF4 de 47 microhenrys et des deux condensateurs C24-C25 de 22 000 picofarads.
Les deux inductances et les deux condensateurs, se comportent comme un filtre passif qui permet de laisser passer vers la ligne électrique les fréquences comprises entre 149 et 162 kHz uniquement.
Si nous voulons calculer la fréquence centrale d’accord, nous pouvons utiliser la formule suivante :
kHz = 159000 : √ (picofarad x microhenry)
Ainsi, avec les valeurs choisies nous obtenons :
159 : √ (22000 x 47) = 156,36 kHz
Tout l’étage émetteur est alimenté par une tension stabilisée de 12 volts fournie par le circuit intégré IC3.
Figure 3 : Schéma électrique de l’émetteur FM qui utilise le secteur 220 volts pour transmettre à distance les signaux BF qui sont appliqués sur ses deux entrées situées à gauche. Le potentiomètre ajustable R7 sert à faire varier le gain de l’étage préamplificateur IC1/A.
Liste des composants de l'émetteur FM LX.1416
R1 : 2,2 kΩ
R2 : 2,2 kΩ
R3 : 100 kΩ
R4 : 100 kΩ
R5 : 4,7 kΩ
R6 : 4,7 kΩ
R7 : 50 kΩ trimmer
R8 : 22 kΩ
R9 : 4,7 kΩ
R10 : 6,8 kΩ
R11 : 100 Ω
R12 : 1,5 kΩ
R13 : 4,7 kΩ
R14 : 820 Ω
R15 : 18 kΩ
R16 : 5,6 kΩ
R17 : 1 kΩ
R18 : 100 Ω
R19 : 100 Ω
C1 : 10 μF électrolytique
C2 : 10 μF électrolytique
C3 : 2,2 μF électrolytique
C4 : 1 nF polyester
C5 : 100 pF céramique
C6 : 3,3 nF polyester
C7 : 2,2 μF électrolytique
C8 : 10 μF électrolytique
C9 : 100 nF polyester
C10 : 1 μF polyester
C11 : 100 nF polyester
C12 : 2,2 nF polyester
C13 : 680 pF céramique
C14 : 220 pF céramique
C15 : 680 pF céramique
C16 : 10 nF céramique
C17 : 10 μF électrolytique
C18 : 100 μF électrolytique
C19 : 100 nF polyester
C20 : 100 nF polyester
C21 : 470 μF électrolytique
C22 : 4,7 μF électrolytique
C23 : 1,5 nF céramique
C24 : 22 nF pol. 1 000 V
C25 : 22 nF pol. 1 000 V
JAF1 : Self 1 mH
JAF2 : Self 1 mH
JAF3 : Self 47 mH
JAF4 : Self 47 mH
MF1 : Pot MF 470 kHz
RS1 : Pont redresseur 100 V 1 A
DZ1 : Diode zener 30 V 1/2 W
TR1 : Transistor NPN BC547
TR2 : Transistor NPN BC547
IC1 : Circuit intégré MC1458
IC2 : Circuit intégré NE555
IC3 : Régulateur L7812
F1 : Fusible 1 A
T1 : Transform. 12 W (T012.04) sec. 12 A 0,8 A
S1 : Interrupteur
Note : (Sauf spécifications contraires)
– toutes les résistances sont des 1/4 W 5 %,
– les condensateurs électrolytiques ont une tension de service de 25 V mini.
Figure 4 : Sur le graphique, nous pouvons voir l'atténuation en décibels des fréquences comprises entre 50 kHz et 250 kHz au moment où toutes les lampes du réseau sont allumées et au moment où elles sont toutes éteintes. Comme vous pouvez le constater, les fréquences qui subissent une atténuation mineure, sont comprises entre 130 et 160 kHz.
Figure 5 : Photo de l’émetteur monté. Sur la figure 10, vous trouverez le schéma d'implantation des composants.
Figure 6 : Photo du récepteur monté. Sur la figure 11, vous trouverez le schéma d'implantation des composants.
Etage récepteur pour les 150-160 kHz
Sur la figure 7 nous avons représenté le schéma de l’étage récepteur FM accordé sur 150-160 kHz.
Le signal HF que nous prélevons de la ligne électrique 220 volts, à travers le filtre passif composé également dans ce cas de deux inductances de 47 μH (voir JAF1-JAF2) et de deux condensateurs de 22 nF (voir C1-C2), est appliqué sur l’enroulement secondaire de la bobine MF1 et, par induction, passe sur l’enroulement primaire accordé sur 150-160 kHz.
Le signal présent sur le primaire de la bobine MF1, est appliqué à travers C4-R1 sur la gate (porte) du FET FT1 qui procède à son amplification.
Les deux diodes DS1-DS2 montées en opposition sur l’entrée servent à éviter que des pics de tension présents sur le secteur 220 volts puissent atteindre le transistor FT1 et l’endommager.
L’inductance JAF3 de 100 μH, avec en parallèle le condensateur C6 de 10000pF et la résistance R4 que nous trouvons sur le drain du transistor FT1, forment un circuit d’accord à large bande sur la fréquence centrale de :
159 000 : √ (10000 x 100) = 159 kHz
Le signal HF amplifié, disponible sur le drain de FT1, est prélevé à travers le condensateur C8 et appliqué sur la broche 1 du circuit intégré IC1, un démodulateur FM type TCA3089.
A l’intérieur de ce circuit intégré (voir figure 9), nous trouvons un étage préamplificateur, suivi d’un étage limiteur d’amplitude et d’un démodulateur FM à quadrature.
Sur la broche 6 nous disposons du signal BF qui est appliqué sur l’entrée 2 du circuit intégré IC2, un TDA7052/B, à travers R9. IC2 est un amplificateur de puissance qui permet de piloter un petit haut-parleur de 1 ou 2 watts.
Comme vous pouvez le noter, le potentiomètre de volume n’est pas relié en série avec le signal BF comme cela se fait habituellement. En effet, il est monté en résistance variable entre la broche 4 et la masse. La variation de sa valeur ohmique entraîne la variation du niveau sonore. De ce fait, aucun signal BF ne circule dans le potentiomètre. Cela nous permet de le relier éventuellement à une distance importante, sans avoir besoin d’utiliser du câble blindé.
Tout l’étage récepteur est alimenté par une tension stabilisée de 12 volts fournie par le circuit intégré IC3.
Figure 7 : Schéma électrique du récepteur FM accordé sur 150-160 kHz.
Si vous voulez améliorer la qualité du son, fixez le haut-parleur dans une enceinte acoustique en bois.
Liste des composants du récepteur FM LX.1417
R1 : 1 kΩ
R2 : 220 kΩ
R3 : 2,2 kΩ
R4 : 4,7 kΩ
R5 : 220 Ω
R6 : 4,7 kΩ
R7 : 4,7 kΩ
R8 : 4,7 kΩ
R9 : 2,7 kΩ
R10 : 1 MΩ pot. lin.
C1 : 22 nF pol. 1 000 V
C2 : 22 nF pol. 1 000 V
C3 : 1 5 nF céramique
C4 : 1,2 nF céramique
C5 : 10 μF électrolytique
C6 : 10 nF céramique
C7 : 10 nF céramique
C8 : 100 nF polyester
C9 : 10 nF polyester
C10 : 10 nF polyester
C11 : 10 μF électrolytique
C12 : 100 nF polyester
C13 : 1,5 nF céramique
C14 : 10 nF polyester
C15 : 470 nF polyester
C16 : 100 nF polyester
C17 : 1000 μF électrolytique
C18 : 100 nF polyester
C19 : 100 nF polyester
C20 : 100 μF électrolytique
C21 : 47 μF électrolytique
C22 : 100 nF polyester
JAF1 : Self 47 μH
JAF2 : Self 47 μH
JAF3 : Self 100 μH
JAF4 : Self 2,2 mH
MF1 : Pot MF 470 kHz
MF2 : Pot MF 470 kHz
RS1 : Pont redresseur 100 V 1 A
DS1 : Diode 1N4148
DS2 : Diode 1N4148
FT1 : Transistor FET J310
IC1 : Circuit intégré TCA3089
IC2 : Circuit intégré TDA7052/B
IC3 : Régulateur L7812
F1 : Fusible 1 A
T1 : transform. 12 W (T012.04) sec. 12 V 0,8 A
S1 : Interrupteur
AP : Haut-parleur 8 Ω
Note : (Sauf spécifications contraires)
– toutes les résistances sont des 1/4 W 5 %,
– les condensateurs électrolytiques ont une tension de service de 25 V mini.
Réalisation pratique de l’émetteur
Tous les composants sont montés sur le circuit imprimé LX.1416, comme cela est représenté sur le schéma d'implantation de la figure 10.
Nous vous conseillons, comme à l’accoutumé, de commencer par monter et souder les composants les plus bas, résistances, supports de circuits intégrés et même le potentiomètre ajustable R7.
Après cela, montez la diode zener DZ1 en orientant la bague de repère vers le condensateur C17.
Poursuivez le montage en soudant tous les condensateurs céramiques, les condensateurs polyesters et, en dernier, les condensateurs chimiques en respectant la polarité de leurs pattes (la patte longue est le "+", la courte, le "–").
Après ces composants, vous pouvez insérer les inductances JAF en faisant attention à leur marquage. Sur les deux inductances JAF1-JAF2 le marquage est 1K, par contre sur JAF3-JAF4 le marquage est 47. Près de ces deux dernières inductances, il faut monter la bobine MF1 et, à sa gauche, les deux transistors TR1 et TR2 en orientant la partie plate de leur corps vers le transformateur T1.
Comme vous pouvez le voir sur le schéma pratique de câblage des composants de la figure 10, le circuit intégré stabilisateur IC3 est fixé sur le circuit imprimé sur un petit dissipateur en forme de U.
Près du circuit intégré IC3, insérez le pont redresseur RS1, le signe "+" orienté vers IC3.
Pour compléter le montage, insérez les deux borniers à 2 plots, puis le portefusible et, en dernier, le transformateur d’alimentation T1, qui sera fixé sur le circuit imprimé à l’aide de deux vis.
Après avoir terminé le montage, insérez dans leur support respectif, les circuits intégrés IC1, référencé CA1458 ou MC1458 et IC2, le circuit NE555 ou KA555. Le repère en U de chaque circuit intégré est orienté vers le bas.
Figure 8 : Brochages des circuits intégrés, vus de dessus, et du transistor, vu de dessous, utilisés dans l’émetteur.
Réalisation pratique du récepteur
Tous les composants du récepteur sont montés sur le circuit imprimé LX.1417 (voir figure 11).
Comme pour l’émetteur, montez en premier les résistances et les supports des circuits intégrés IC1 et IC2.
Montez ensuite les deux diodes DS1 et DS2 en orientant leur bague en opposition, une dans un sens, l'autre dans l’autre.
Insérez ensuite tous les condensateurs céramiques, polyester et, en dernier, les condensateurs chimiques en faisant attention à la polarité de leurs pattes (la plus longue indique le positif).
Après ces composants, vous pouvez monter les deux inductances JAF1-JAF2, marquée 47, puis l’inductance JAF3, marquée, quant à elle, 100 et, enfin, l’inductance JAF4, marquée 2,2K. Près de JAF3, insérez le transistor FT1, en orientant la partie plate de son corps vers T1.
Ensuite, montez les deux bobines MF1 et MF2 ainsi que le circuit intégré stabilisateur IC3, fixé sur le circuit imprimé sur un petit dissipateur en forme de U.
Près du condensateur chimique C17, montez le pont redresseur RS1 en orientant le signe positif vers la droite.
Pour terminer le montage, insérez les deux borniers à 2 plots, puis le portefusible et le transformateur d’alimentation T1, ce dernier étant fixé au circuit imprimé par deux vis.
Insérez à présent les deux circuits intégrés dans leur support respectif, le repère en U de IC1 vers la gauche et le repère en U de IC2 vers le haut (voir figure 11).
Figure 9 : Brochages des circuits intégrés TCA3089 et TDA7052/B, vus de dessus, et du transistor J310, vu de dessous, utilisés dans le récepteur. A droite, le schéma synoptique du TCA3089.
Montage dans les coffrets
Pour l’émetteur, nous avons choisi un coffret standard en plastique de couleur noire dont les faces avant et arrière en aluminium ne sont pas percées. En fonction de l'emplacement que vous allez affecter à cet émetteur et en fonction des raccordements à y effectuer, vous percerez quatre trous, répartis à l'avant et à l'arrière, en fonction de vos besoins. Deux serviront à fixer les prises d’entrées, un pour fixer l’interrupteur, et le dernier pour le passage du câble d’alimentation. On peut, comme sur la photo de la figure 1, percer 3 trous sur la face avant pour les entrées et l'interrupteur et le dernier sur la face arrière pour le cordon secteur.
Il est également possible de percer 1 seul trou sur la face avant pour l'interrupteur et les 3 autres sur la face arrière pour les entrées et le cordon secteur.
Pour le récepteur, nous avons choisi un coffret en plastique de forme pupitre de couleur blanche, fourni avec sa face avant percée et sérigraphiée. Le petit haut-parleur est fixé sur le panneau à l’aide de trois vis en métal et de trois rondelles plates.
Il est également possible de relier les deux fils qui sortent des broches 5 et 8 du circuit intégré TDA.7052/B à une petite enceinte acoustique de 8 ohms.
Figure 10a : Schéma d'implantation des composants de l’émetteur FM à courant porteur accordé sur la fréquence de 150-160 kHz.
Nous vous rappelons que, sur le corps des inductances JAF1 et JAF2, nous trouvons le marquage 1K, par contre, sur les inductances JAF3 et JAF4, le marquage est 47. Si vous prélevez le signal BF de la sortie stéréo d’un préamplificateur, il faut appliquer les signaux sur les deux prises, canal droit et canal gauche.
Le mélangeur passif composé des résistances R1-R2 transforme le signal en un signal mono. Si vous prélevez le signal d’une sortie mono, vous pouvez l’appliquer sur une seule des deux prises.
Après avoir tourné à mi-course le curseur de R7, vous pouvez le tourner dans le sens des aiguilles d’une montre ou dans le sens inverse pour augmenter ou réduire le gain de l’amplificateur opérationnel IC1/A.
Figure 10b : Dessin, à l'échelle 1, du circuit imprimé de l'émetteur FM LX.1416.
Figure 11a : Schéma d’implantation des composants du récepteur FM accordé sur la fréquence de 150-160 kHz. Après avoir allumé l’émetteur, tournez le noyau de la bobine MF2 de manière à obtenir, sur le point test TP1, une tension de 6 volts.
Le noyau de la bobine MF1 est réglé pour le maximum de sensibilité, après avoir connecté le récepteur à une distance de 80 à 100 mètres de l’émetteur.
Figure 11b : Dessin, à l'échelle 1, du circuit imprimé du récepteur FM LX.1417.
Figure 12 : Le circuit imprimé du récepteur est fixé sur le fond du coffret de couleur blanche visible sur la figure 2.
Sur le panneau frontal en aluminium, sont fixés le potentiomètre de volume et le haut-parleur.
Figure 13 : Le circuit imprimé de l’émetteur est fixé sur le fond du coffret en plastique de couleur noire visible sur la figure 1.
Réglages
Régler l’émetteur et le récepteur est une opération très simple et pour cela il faut procéder de la façon suivante.
1 - Tourner le noyau de la bobine MF1 de l’émetteur à mi-course.
2 - Après avoir relié l’émetteur à une prise du secteur 220 volts, reliez le récepteur à une prise située dans une pièce contiguë et allumez-le.
3 - Prenez un multimètre et reliez-le entre le point TP1 et la masse. Tournez lentement le noyau de la bobine MF2 du récepteur jusqu’au moment où vous lisez une tension de 6 volts sur le multimètre.
4 - Si vous éteignez l’émetteur, vous entendez dans le récepteur un bruit assez fort, car ce dernier ne capte plus aucun signal HF.
5 - À présent, reliez sur l’entrée de l’émetteur un signal BF que vous pouvez prélever de la prise casque d’un petit récepteur radio.
6 - Reliez le récepteur à une prise très éloignée de celle où est relié l’émetteur, puis tournez le noyau de la bobine MF1 du récepteur (vous pouvez également tourner le noyau de MF1 de l’émetteur), jusqu’au moment où le son augmente d’intensité.
7 - Si, pour écouter le son, vous devez tourner le potentiomètre de volume au maximum, il faut préamplifier un peu plus le signal BF de l’émetteur. Pour cela il faut agir sur le potentiomètre ajustable R7.
Quelques notes utiles
Le récepteur et l’émetteur doivent être reliés au secteur 220 volts alimenté par le même compteur. En effet, si le récepteur est placé sur une ligne électrique alimentée par un compteur différent, le signal subira une atténuation élevée.
Si, durant la réception, vous constatez un bruit de fond, cela signifie que vous n’avez pas réglé correctement le noyau de la bobine MF2 du récepteur. Parfois, ce bruit est également produit par l’alimentation à découpage des ordinateurs d’ancienne génération. Ces alimentations ne sont pas correctement blindées et, par conséquent, génèrent, sur le secteur, une quantité d’harmoniques qui perturbent le récepteur.
Si vous éteignez l’ordinateur concerné, vous noterez la disparition du bruit.
Si vous voulez éliminer cet inconvénient, vous devez insérer un filtre antiparasites entre la prise de l’ordinateur et la prise du secteur 220 volts.
Figure 1 : Sur l’émetteur, nous appliquons le signal prélevé à la sortie d’une radio ou d’un quelconque préamplificateur stéréo.Nous sommes prêts à parier, qu'après avoir lu l'introduction, vous vous êtes immédiatement dit que pour écouter de la musique dans n’importe quelle pièce d'un lieu donné, il suffirait d’acquérir autant de "radios-de-poche-made-in-Japan" que de pièces et le problème serait résolu !
Ce qui pourrait être exact pour un "particulier" l'est déjà beaucoup moins pour un "professionnel". En effet, si vous étiez gestionnaire d'une entreprise ou d’un restaurant avec 4 ou 5 pièces ou salles et si vous vouliez faire écouter, à votre personnel ou à vos clients, la musique ou une sonorisation quelconque issue d’un amplificateur ou d’un magnétophone situé au secrétariat ou près de la caisse, comment résoudriez-vous ce problème ?
N'oublions pas également que depuis votre amplificateur ou votre magnétophone vous pourrez, par microphone interposé, faire passer un message ou une annonce, ce qui n'est pas possible avec la solution des "radios-de-poche-madein-Japan".
Certains nous répondront encore qu’il suffit de relier deux fils sur la sortie haut-parleur de l’amplificateur afin de rejoindre les locaux intéressés et de connecter ces fils à de petites enceintes acoustiques. Bien sûr, ce pourrait être une solution. En pratique, pourtant, ce n’est pas réalisable car, en reliant en parallèle sur le haut-parleur principal des haut-parleurs secondaires, cela abaissera l’impédance de charge et, dans ces conditions, les transistors de sortie de l’amplificateur "partiront en fumée" après peu de temps !
En fait, si votre amplificateur a été étudié pour une charge de 8 ohms, en reliant en parallèle deux haut-parleurs, la charge descend à 4 ohms et, en reliant 3 haut-parleurs, la charge descend à 2,6 ohms.
Pour sonoriser plusieurs pièces, il n’y a qu’un seul système simple, utiliser les fils de l’installation électrique !
Même si sur ces fils une tension de 220 volts est présente, nous pouvons lui superposer un signal haute fréquence, compris entre 150 et 160 kHz, fourni par un petit émetteur modulé en fréquence. Ce signal pourra être récupéré sur n’importe laquelle des prises secteur de l’appartement par un petit récepteur FM, spécialement étudié pour recevoir cette gamme de fréquences.
La fréquence de 150-160 kHz que nous utilisons n’a pas été choisie par hasard.
Nous avons contrôlé le niveau d'atténuation des fréquences comprises entre 50 et 250 kHz en reliant l’émetteur et le récepteur à une distance de 100 mètres (longueur des fils de l’installation électrique), après avoir allumé toutes les lampes existantes dans le local.
Comme vous pouvez le voir sur le graphique représenté sur la figure 4, lorsque toutes les lampes sont éteintes, toutes les fréquences comprises entre 50 et 250 kHz, subissent une atténuation d’environ 10 dB. Mais si nous allumons toutes les lampes, nous constatons que toutes les fréquences supérieures à 170 kHz, subissent une atténuation d’environs 30 dB.
Nous avons également constaté, que seules les fréquences comprises entre 150 et 160 kHz subissent une atténuation mineure. Nous avons donc basé notre étude sur ces constatations pour réaliser l’émetteur et le récepteur que nous vous proposons ici.
Nous prévoyons déjà que certains nous demanderont si cet appareil peut être utilisé comme interphone, nous pouvons répondre immédiatement que c’est possible. Bien entendu, chaque "poste" devra disposer d'un émetteur et d'un récepteur. Il suffira alors d’appliquer, sur l’entrée de l'émetteur, le signal dûment amplifié d’un microphone.
Même si vous ne réalisez pas ce projet, il sera très instructif de savoir comment on peut moduler en FM une fréquence de 150-160 kHz.
Figure 2 : En reliant le récepteur FM à une prise du secteur 220 volts, nous capterons les signaux sonores envoyés par l’émetteur.L'émetteur FM sur 150-160 kHz
Pour réaliser un émetteur modulé en fréquence sur des fréquences aussi basses, nous ne pouvions pas utiliser un classique oscillateur LC, car il aurait été presque impossible de faire varier la fréquence, par l’intermédiaire de diodes varicap.
Pour résoudre ce problème, nous avons réalisé un simple VCO (oscillateur contrôlé en tension) en utilisant le circuit intégré NE555 et nous avons modulé en FM le signal carré disponible sur sa broche 3 en appliquant le signal BF sur sa broche 5.
Pour connaître, avec une bonne approximation, quelle sera la fréquence générée par le NE555, nous pouvons utiliser la formule suivante :
Dans notre projet, la valeur de la résistance R12 est de 1,5 kilohm et celle du condensateur C12 est de 2,2 nanofarads, théoriquement nous devrions obtenir la fréquence suivante :
Nous avons souligné que, théoriquement, nous devrions obtenir une fréquence de 159 kHz car nous devons tenir compte de la tolérance des résistances et des condensateurs qui se situe autour des ±10 %.
En figure 3, nous avons représenté le schéma complet de l’étage émetteur modulé en FM.
Le signal stéréo que nous avons appliqué sur les bornes d’entrée situées à gauche du schéma, est transformé en signal mono par le mélangeur passif constitué par les deux résistances R1 et R2. Le signal BF peut être prélevé sur la sortie ligne, présente sur l’arrière de chaque préamplificateur, ou bien sur la sortie casque. Nous avons prévu une entrée stéréo car, si nous ne modulions le signal qu'avec un seul canal, cela se ressentirait dans le récepteur. Pour ceux qui ne disposent que d’un signal mono, ils pourront indifféremment l’appliquer sur l’une ou l’autre des entrées.
Le signal BF ainsi mélangé, rejoint l’entrée non inverseuse (broche 5) du premier amplificateur opérationnel IC1/A, disponible dans le MC1458. La modification de la position du curseur de R7, disposé entre la broche de sortie et la broche inverseuse 6, permet de faire varier l’amplification en tension du signal d’un minimum de 2 fois à un maximum de 12 fois.
Avant de rejoindre la broche 3 du second amplificateur IC3/B, le signal passe à travers un filtre de préaccentuation composé de R8-C6 et de R9-C7 permettant de relever les fréquences aiguës.
Le signal BF présent sur la sortie (broche 1) de IC1/B est appliqué à travers R10-C10 sur la broche 5 de IC2, le NE555, qui permet de moduler en FM la fréquence qui sort par la broche 3.
Avant d’atteindre la base du transistor TR1, ce signal carré est transformé en un signal sinusoïdal par le filtre passe-bande composé de JAF1-C13 et de JAF2-C15 afin d’éviter de transmettre une infinité de fréquences harmoniques qui pourraient perturber la réception.
Le signal est ensuite amplifié par le transistor TR2 et appliqué sur la bobine MF1 accordée sur 150-160 kHz.
La diode zener DZ1, placée entre le collecteur de TR2 et la masse, ne sert pas à stabiliser la tension d’alimentation, mais seulement à protéger ce transistor des éventuels pics de tension présents sur le secteur 220 volts qui pourraient l’atteindre à travers MF1.
Le signal de 150-160 kHz est prélevé du secondaire de la bobine MF1 et modulé en FM. Il est ensuite appliqué sur les fils du secteur 220 volts par l’intermédiaire des inductances JAF3-JAF4 de 47 microhenrys et des deux condensateurs C24-C25 de 22 000 picofarads.
Les deux inductances et les deux condensateurs, se comportent comme un filtre passif qui permet de laisser passer vers la ligne électrique les fréquences comprises entre 149 et 162 kHz uniquement.
Si nous voulons calculer la fréquence centrale d’accord, nous pouvons utiliser la formule suivante :
Ainsi, avec les valeurs choisies nous obtenons :
Tout l’étage émetteur est alimenté par une tension stabilisée de 12 volts fournie par le circuit intégré IC3.
Figure 3 : Schéma électrique de l’émetteur FM qui utilise le secteur 220 volts pour transmettre à distance les signaux BF qui sont appliqués sur ses deux entrées situées à gauche. Le potentiomètre ajustable R7 sert à faire varier le gain de l’étage préamplificateur IC1/A.Liste des composants de l'émetteur FM LX.1416
R1 : 2,2 kΩ
R2 : 2,2 kΩ
R3 : 100 kΩ
R4 : 100 kΩ
R5 : 4,7 kΩ
R6 : 4,7 kΩ
R7 : 50 kΩ trimmer
R8 : 22 kΩ
R9 : 4,7 kΩ
R10 : 6,8 kΩ
R11 : 100 Ω
R12 : 1,5 kΩ
R13 : 4,7 kΩ
R14 : 820 Ω
R15 : 18 kΩ
R16 : 5,6 kΩ
R17 : 1 kΩ
R18 : 100 Ω
R19 : 100 Ω
C1 : 10 μF électrolytique
C2 : 10 μF électrolytique
C3 : 2,2 μF électrolytique
C4 : 1 nF polyester
C5 : 100 pF céramique
C6 : 3,3 nF polyester
C7 : 2,2 μF électrolytique
C8 : 10 μF électrolytique
C9 : 100 nF polyester
C10 : 1 μF polyester
C11 : 100 nF polyester
C12 : 2,2 nF polyester
C13 : 680 pF céramique
C14 : 220 pF céramique
C15 : 680 pF céramique
C16 : 10 nF céramique
C17 : 10 μF électrolytique
C18 : 100 μF électrolytique
C19 : 100 nF polyester
C20 : 100 nF polyester
C21 : 470 μF électrolytique
C22 : 4,7 μF électrolytique
C23 : 1,5 nF céramique
C24 : 22 nF pol. 1 000 V
C25 : 22 nF pol. 1 000 V
JAF1 : Self 1 mH
JAF2 : Self 1 mH
JAF3 : Self 47 mH
JAF4 : Self 47 mH
MF1 : Pot MF 470 kHz
RS1 : Pont redresseur 100 V 1 A
DZ1 : Diode zener 30 V 1/2 W
TR1 : Transistor NPN BC547
TR2 : Transistor NPN BC547
IC1 : Circuit intégré MC1458
IC2 : Circuit intégré NE555
IC3 : Régulateur L7812
F1 : Fusible 1 A
T1 : Transform. 12 W (T012.04) sec. 12 A 0,8 A
S1 : Interrupteur
Note : (Sauf spécifications contraires)
– toutes les résistances sont des 1/4 W 5 %,
– les condensateurs électrolytiques ont une tension de service de 25 V mini.
Figure 4 : Sur le graphique, nous pouvons voir l'atténuation en décibels des fréquences comprises entre 50 kHz et 250 kHz au moment où toutes les lampes du réseau sont allumées et au moment où elles sont toutes éteintes. Comme vous pouvez le constater, les fréquences qui subissent une atténuation mineure, sont comprises entre 130 et 160 kHz.
Figure 5 : Photo de l’émetteur monté. Sur la figure 10, vous trouverez le schéma d'implantation des composants.
Figure 6 : Photo du récepteur monté. Sur la figure 11, vous trouverez le schéma d'implantation des composants.Etage récepteur pour les 150-160 kHz
Sur la figure 7 nous avons représenté le schéma de l’étage récepteur FM accordé sur 150-160 kHz.
Le signal HF que nous prélevons de la ligne électrique 220 volts, à travers le filtre passif composé également dans ce cas de deux inductances de 47 μH (voir JAF1-JAF2) et de deux condensateurs de 22 nF (voir C1-C2), est appliqué sur l’enroulement secondaire de la bobine MF1 et, par induction, passe sur l’enroulement primaire accordé sur 150-160 kHz.
Le signal présent sur le primaire de la bobine MF1, est appliqué à travers C4-R1 sur la gate (porte) du FET FT1 qui procède à son amplification.
Les deux diodes DS1-DS2 montées en opposition sur l’entrée servent à éviter que des pics de tension présents sur le secteur 220 volts puissent atteindre le transistor FT1 et l’endommager.
L’inductance JAF3 de 100 μH, avec en parallèle le condensateur C6 de 10000pF et la résistance R4 que nous trouvons sur le drain du transistor FT1, forment un circuit d’accord à large bande sur la fréquence centrale de :
Le signal HF amplifié, disponible sur le drain de FT1, est prélevé à travers le condensateur C8 et appliqué sur la broche 1 du circuit intégré IC1, un démodulateur FM type TCA3089.
A l’intérieur de ce circuit intégré (voir figure 9), nous trouvons un étage préamplificateur, suivi d’un étage limiteur d’amplitude et d’un démodulateur FM à quadrature.
Sur la broche 6 nous disposons du signal BF qui est appliqué sur l’entrée 2 du circuit intégré IC2, un TDA7052/B, à travers R9. IC2 est un amplificateur de puissance qui permet de piloter un petit haut-parleur de 1 ou 2 watts.
Comme vous pouvez le noter, le potentiomètre de volume n’est pas relié en série avec le signal BF comme cela se fait habituellement. En effet, il est monté en résistance variable entre la broche 4 et la masse. La variation de sa valeur ohmique entraîne la variation du niveau sonore. De ce fait, aucun signal BF ne circule dans le potentiomètre. Cela nous permet de le relier éventuellement à une distance importante, sans avoir besoin d’utiliser du câble blindé.
Tout l’étage récepteur est alimenté par une tension stabilisée de 12 volts fournie par le circuit intégré IC3.
Figure 7 : Schéma électrique du récepteur FM accordé sur 150-160 kHz.Si vous voulez améliorer la qualité du son, fixez le haut-parleur dans une enceinte acoustique en bois.
Liste des composants du récepteur FM LX.1417
R1 : 1 kΩ
R2 : 220 kΩ
R3 : 2,2 kΩ
R4 : 4,7 kΩ
R5 : 220 Ω
R6 : 4,7 kΩ
R7 : 4,7 kΩ
R8 : 4,7 kΩ
R9 : 2,7 kΩ
R10 : 1 MΩ pot. lin.
C1 : 22 nF pol. 1 000 V
C2 : 22 nF pol. 1 000 V
C3 : 1 5 nF céramique
C4 : 1,2 nF céramique
C5 : 10 μF électrolytique
C6 : 10 nF céramique
C7 : 10 nF céramique
C8 : 100 nF polyester
C9 : 10 nF polyester
C10 : 10 nF polyester
C11 : 10 μF électrolytique
C12 : 100 nF polyester
C13 : 1,5 nF céramique
C14 : 10 nF polyester
C15 : 470 nF polyester
C16 : 100 nF polyester
C17 : 1000 μF électrolytique
C18 : 100 nF polyester
C19 : 100 nF polyester
C20 : 100 μF électrolytique
C21 : 47 μF électrolytique
C22 : 100 nF polyester
JAF1 : Self 47 μH
JAF2 : Self 47 μH
JAF3 : Self 100 μH
JAF4 : Self 2,2 mH
MF1 : Pot MF 470 kHz
MF2 : Pot MF 470 kHz
RS1 : Pont redresseur 100 V 1 A
DS1 : Diode 1N4148
DS2 : Diode 1N4148
FT1 : Transistor FET J310
IC1 : Circuit intégré TCA3089
IC2 : Circuit intégré TDA7052/B
IC3 : Régulateur L7812
F1 : Fusible 1 A
T1 : transform. 12 W (T012.04) sec. 12 V 0,8 A
S1 : Interrupteur
AP : Haut-parleur 8 Ω
Note : (Sauf spécifications contraires)
– toutes les résistances sont des 1/4 W 5 %,
– les condensateurs électrolytiques ont une tension de service de 25 V mini.
Réalisation pratique de l’émetteur
Tous les composants sont montés sur le circuit imprimé LX.1416, comme cela est représenté sur le schéma d'implantation de la figure 10.
Nous vous conseillons, comme à l’accoutumé, de commencer par monter et souder les composants les plus bas, résistances, supports de circuits intégrés et même le potentiomètre ajustable R7.
Après cela, montez la diode zener DZ1 en orientant la bague de repère vers le condensateur C17.
Poursuivez le montage en soudant tous les condensateurs céramiques, les condensateurs polyesters et, en dernier, les condensateurs chimiques en respectant la polarité de leurs pattes (la patte longue est le "+", la courte, le "–").
Après ces composants, vous pouvez insérer les inductances JAF en faisant attention à leur marquage. Sur les deux inductances JAF1-JAF2 le marquage est 1K, par contre sur JAF3-JAF4 le marquage est 47. Près de ces deux dernières inductances, il faut monter la bobine MF1 et, à sa gauche, les deux transistors TR1 et TR2 en orientant la partie plate de leur corps vers le transformateur T1.
Comme vous pouvez le voir sur le schéma pratique de câblage des composants de la figure 10, le circuit intégré stabilisateur IC3 est fixé sur le circuit imprimé sur un petit dissipateur en forme de U.
Près du circuit intégré IC3, insérez le pont redresseur RS1, le signe "+" orienté vers IC3.
Pour compléter le montage, insérez les deux borniers à 2 plots, puis le portefusible et, en dernier, le transformateur d’alimentation T1, qui sera fixé sur le circuit imprimé à l’aide de deux vis.
Après avoir terminé le montage, insérez dans leur support respectif, les circuits intégrés IC1, référencé CA1458 ou MC1458 et IC2, le circuit NE555 ou KA555. Le repère en U de chaque circuit intégré est orienté vers le bas.
Figure 8 : Brochages des circuits intégrés, vus de dessus, et du transistor, vu de dessous, utilisés dans l’émetteur.Réalisation pratique du récepteur
Tous les composants du récepteur sont montés sur le circuit imprimé LX.1417 (voir figure 11).
Comme pour l’émetteur, montez en premier les résistances et les supports des circuits intégrés IC1 et IC2.
Montez ensuite les deux diodes DS1 et DS2 en orientant leur bague en opposition, une dans un sens, l'autre dans l’autre.
Insérez ensuite tous les condensateurs céramiques, polyester et, en dernier, les condensateurs chimiques en faisant attention à la polarité de leurs pattes (la plus longue indique le positif).
Après ces composants, vous pouvez monter les deux inductances JAF1-JAF2, marquée 47, puis l’inductance JAF3, marquée, quant à elle, 100 et, enfin, l’inductance JAF4, marquée 2,2K. Près de JAF3, insérez le transistor FT1, en orientant la partie plate de son corps vers T1.
Ensuite, montez les deux bobines MF1 et MF2 ainsi que le circuit intégré stabilisateur IC3, fixé sur le circuit imprimé sur un petit dissipateur en forme de U.
Près du condensateur chimique C17, montez le pont redresseur RS1 en orientant le signe positif vers la droite.
Pour terminer le montage, insérez les deux borniers à 2 plots, puis le portefusible et le transformateur d’alimentation T1, ce dernier étant fixé au circuit imprimé par deux vis.
Insérez à présent les deux circuits intégrés dans leur support respectif, le repère en U de IC1 vers la gauche et le repère en U de IC2 vers le haut (voir figure 11).
Figure 9 : Brochages des circuits intégrés TCA3089 et TDA7052/B, vus de dessus, et du transistor J310, vu de dessous, utilisés dans le récepteur. A droite, le schéma synoptique du TCA3089.Montage dans les coffrets
Pour l’émetteur, nous avons choisi un coffret standard en plastique de couleur noire dont les faces avant et arrière en aluminium ne sont pas percées. En fonction de l'emplacement que vous allez affecter à cet émetteur et en fonction des raccordements à y effectuer, vous percerez quatre trous, répartis à l'avant et à l'arrière, en fonction de vos besoins. Deux serviront à fixer les prises d’entrées, un pour fixer l’interrupteur, et le dernier pour le passage du câble d’alimentation. On peut, comme sur la photo de la figure 1, percer 3 trous sur la face avant pour les entrées et l'interrupteur et le dernier sur la face arrière pour le cordon secteur.
Il est également possible de percer 1 seul trou sur la face avant pour l'interrupteur et les 3 autres sur la face arrière pour les entrées et le cordon secteur.
Pour le récepteur, nous avons choisi un coffret en plastique de forme pupitre de couleur blanche, fourni avec sa face avant percée et sérigraphiée. Le petit haut-parleur est fixé sur le panneau à l’aide de trois vis en métal et de trois rondelles plates.
Il est également possible de relier les deux fils qui sortent des broches 5 et 8 du circuit intégré TDA.7052/B à une petite enceinte acoustique de 8 ohms.
Figure 10a : Schéma d'implantation des composants de l’émetteur FM à courant porteur accordé sur la fréquence de 150-160 kHz.Nous vous rappelons que, sur le corps des inductances JAF1 et JAF2, nous trouvons le marquage 1K, par contre, sur les inductances JAF3 et JAF4, le marquage est 47. Si vous prélevez le signal BF de la sortie stéréo d’un préamplificateur, il faut appliquer les signaux sur les deux prises, canal droit et canal gauche.
Le mélangeur passif composé des résistances R1-R2 transforme le signal en un signal mono. Si vous prélevez le signal d’une sortie mono, vous pouvez l’appliquer sur une seule des deux prises.
Après avoir tourné à mi-course le curseur de R7, vous pouvez le tourner dans le sens des aiguilles d’une montre ou dans le sens inverse pour augmenter ou réduire le gain de l’amplificateur opérationnel IC1/A.
Figure 10b : Dessin, à l'échelle 1, du circuit imprimé de l'émetteur FM LX.1416.
Figure 11a : Schéma d’implantation des composants du récepteur FM accordé sur la fréquence de 150-160 kHz. Après avoir allumé l’émetteur, tournez le noyau de la bobine MF2 de manière à obtenir, sur le point test TP1, une tension de 6 volts.Le noyau de la bobine MF1 est réglé pour le maximum de sensibilité, après avoir connecté le récepteur à une distance de 80 à 100 mètres de l’émetteur.
Figure 11b : Dessin, à l'échelle 1, du circuit imprimé du récepteur FM LX.1417.
Figure 12 : Le circuit imprimé du récepteur est fixé sur le fond du coffret de couleur blanche visible sur la figure 2.Sur le panneau frontal en aluminium, sont fixés le potentiomètre de volume et le haut-parleur.
Figure 13 : Le circuit imprimé de l’émetteur est fixé sur le fond du coffret en plastique de couleur noire visible sur la figure 1.Réglages
Régler l’émetteur et le récepteur est une opération très simple et pour cela il faut procéder de la façon suivante.
1 - Tourner le noyau de la bobine MF1 de l’émetteur à mi-course.
2 - Après avoir relié l’émetteur à une prise du secteur 220 volts, reliez le récepteur à une prise située dans une pièce contiguë et allumez-le.
3 - Prenez un multimètre et reliez-le entre le point TP1 et la masse. Tournez lentement le noyau de la bobine MF2 du récepteur jusqu’au moment où vous lisez une tension de 6 volts sur le multimètre.
4 - Si vous éteignez l’émetteur, vous entendez dans le récepteur un bruit assez fort, car ce dernier ne capte plus aucun signal HF.
5 - À présent, reliez sur l’entrée de l’émetteur un signal BF que vous pouvez prélever de la prise casque d’un petit récepteur radio.
6 - Reliez le récepteur à une prise très éloignée de celle où est relié l’émetteur, puis tournez le noyau de la bobine MF1 du récepteur (vous pouvez également tourner le noyau de MF1 de l’émetteur), jusqu’au moment où le son augmente d’intensité.
7 - Si, pour écouter le son, vous devez tourner le potentiomètre de volume au maximum, il faut préamplifier un peu plus le signal BF de l’émetteur. Pour cela il faut agir sur le potentiomètre ajustable R7.
Quelques notes utiles
Le récepteur et l’émetteur doivent être reliés au secteur 220 volts alimenté par le même compteur. En effet, si le récepteur est placé sur une ligne électrique alimentée par un compteur différent, le signal subira une atténuation élevée.
Si, durant la réception, vous constatez un bruit de fond, cela signifie que vous n’avez pas réglé correctement le noyau de la bobine MF2 du récepteur. Parfois, ce bruit est également produit par l’alimentation à découpage des ordinateurs d’ancienne génération. Ces alimentations ne sont pas correctement blindées et, par conséquent, génèrent, sur le secteur, une quantité d’harmoniques qui perturbent le récepteur.
Si vous éteignez l’ordinateur concerné, vous noterez la disparition du bruit.
Si vous voulez éliminer cet inconvénient, vous devez insérer un filtre antiparasites entre la prise de l’ordinateur et la prise du secteur 220 volts.
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