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Dernière mise à jour : 23/04/2009
Présentation
Le genre de petit gadget particulièrement apprécié
des amateurs d'électronique...
Un émetteur FM (FM =
Frequency Modulation = Modulation de fréquence),
appelé aussi parfois "Micro Espion", du fait qu'il permet de
transmettre, grâce à un microphone
intégré, une conversation
d'un point à un autre sans liaison
filaire. Mais appelons-le donc ici émetteur FM, car il va de soi
que vous savez qu'il est interdit d'espionner quelqu'un sans le lui
dire (quelle drôle d'idée aussi, que d'espionner quelqu'un
après l'avoir informé de vos intentions). Ce montage est
donc un émetteur, et vous aurez besoin d'un récepteur
pour compléter la chaine de transmission. Tout récepteur
FM classique permettant de receptionner la bande 88 à 108 MHz
(VHF) conviendra parfaitement.
Diffusion FM en stéréo ou en Mono ?
L'émetteur décrit ici
assure une diffusion d'un signal audio en monophonie. Pour connaitre la
différence entre diffusion en monophonie et diffusion en
stéréophonie, merci de vous reporter à
la page Diffusion
en FM.
Le schéma
Si vous prenez la peine de fouiller sur le net, vous trouverez des tas
de schémas d'émetteurs FM. Moi-même en ai
réalisé de plusieurs types. Celui dont la description va
suivre, mais aussi d'autres plus petits fonctionnant avec une
tension d'alimentation aussi faible que 1,5 ou 3 volts. Ce
schéma donne des résultats convenables, mais je dois tout
de même vous avertir : sa portée est très correcte,
mais sa consommation n'est pas négligeable. Une pile 9V saline
durera environ deux heures en continu, une alcaline pourra durer
jusqu'à 5 heures environ. Son avantage principal réside
dans un fonctionnement sûr, et dans sa simplicité. De
plus, tous les composants sont courants et très bon
marché, ce qui devrait finir de convaincre le débutant de
l'essayer.
Côté RF
L'oscillateur est réalisé avec un transistor (Q2)
monté dans un circuit oscillant composé d'une self
(bobine L1) et de condensateurs ajustables (VC1 et VC2). Le
condensateur ajustable VC1, associé en parallèle à
la bobine L1, constitue le circuit de résonnance qui va fixer la
fréquence d'émission. Il y aura deux façons de
modifier cette fréquence d'émission : soit en faisant
varier la valeur du condensateur ajustable VC1, soit en espaçant
ou en
resserant un peu les spires de la bobine L1. Le condensateur ajustable
VC2 permet d'ajuster le taux de réaction et de garantir un
démarrage fiable de l'oscillation à chaque mise sous
tension (il est bien connu qu'un amplificateur qui ne devrait pas
osciller oscille, et qu'un oscillateur qui devrait osciller ne
démarre pas toujours). Personnellement, j'ai plusieurs fois
remplacé ce condensateur ajustable par un fixe de 6,8pF ou de
8,2pF et ça fonctionnait toujours. Mais il vous suffit que je
vous dise ça pour que votre exemplaire fasse le difficile. Alors
faites comme vous le sentez. La polarisation du transistor est
assuré par la résistance d'émetteur de 100 ohms et
par la résistance de base de 22 Kohms. Difficile de faire
plus simple.
Modulation
d'amplitude ou de
fréquence ?
Ce type d'émetteur, simplifié à l'extrême,
produit un résidu de modulation d'amplitude (AM) qui n'est pas
négligeable. La modulation d'amplitude produite ne sera pas
perçue par votre récepteur FM, mais il faut savoir qu'il
y a des préconisations concernant la valeur de la modulation
d'amplitude maximale qu'un émetteur FM peut produire. On reste
ici dans le domaine amateur, c'est la seule raison pour laquelle on ne
cherche pas à faire mieux. De toute façon, avec ce type
de montage, ce n'est guère possible d'améliorer ce point.
Côté BF
La modulation de fréquence s'effectue en faisant varier la
polarisation du transistor monté en oscillateur (Q2). Cela est
assuré par Q1, dont la résistance
collecteur-émetteur va varier en fonction du signal
appliqué entre sa base et son collecteur, signal provenant d'un
microphone de type "cristal". La polarisation en continu de la base du
transistor Q1 est assurée par la résistance R1 de 68K.
Choix du
microphone
Un micro cristal ? Mais c'est vachement archaïque !
Pourquoi
ne
pas prendre un microphone dynamique classique ? Et bien pour deux
raisons : la première est la simplicité de
l'émetteur, l'usage d'un microphone dynamique, dont
l'impédance de
sortie est bien plus faible, imposerait un
étage d'entrée un peu plus compliqué. La
deuxième raison est que les microphones cristal existent encore,
qu'ils ne coutent pas chers, qu'ils sont legers, et qu'ils conviennent
parfaitement pour ce genre d'expérimentation. Un conseil
cependant,
raccourcissez la longueur du cable micro au strict minimum, car plus le
fil est long, et plus les effets non désirés de
dérives en fréquence se
font sentir quand on le bouge... Si toutefois vous
préférez utiliser un microphone electret, vous le pouvez,
en ajoutant un condensateur et une résistance comme
indiqué à la page Alimentation
d'un microphone electret.
Réalisation de la bobine L1
La self (bobine) L1 doit être confectionnée avec du fil
8/10, le terme 8/10 correspondant au diamètre du fil en mm. Il
faut donc utiliser du fil de 0,8 mm de diamètre. Vous le bobinez
sur le corps d'un gros stylo feutre, afin d'obtenir quatre spires ayant
un diamètre d'environ 8 mm, chaque spire étant
espacée de sa voisine de 2 mm à 3 mm environ. Puis en
partant de l'extrémité qui sera raccordée sur les
deux condensateurs ajustables VC1 et VC2 (en bas sur le schéma),
vous comptez 1 spire et vous grattez le vernis qui protège le
fil de cuivre, afin de pouvoir souder à cet endroit un petit fil
qui fera office de prise intermédiaire qui sera cablée
à l'antenne via C2 (prise à 1/4). Un tiers de tours
après, vous faites de même pour pouvoir souder à
cet endroit un petit fil qui fera office de prise intermédiaire
pour le collecteur du transistor Q2 (prise à 1/3). En
procédant ainsi,
vous devriez obtenir quelque chose qui ressemble au dessin suivant :
Prototype
Un petit exemple de réalisation, sur plaque d'expérimentation à
pastilles.
Ce proto couvre la plage de fréquence 78 MHz à 115 MHz,
en jouant sur les deux condensateurs ajustables. Notez l'utilisation
d'un microphone electret miniature, à la place du microphone
cristal...
Mise en route et réglages
Après une vérification soigneuse du cablage, vous pouvez
procéder au réglage. Pour cela, placez-vous à
côté d'un récepteur radio du commerce
(allumé de préférence), et mettez votre
émetteur sous tension. Si vous entendez un petit "plop" dans le
récepteur à ce moment, c'est bon signe (mais si vous
n'entendez rien, ça ne veut pas dire que ça ne fonctionne
pas). Placez les condensateurs ajustables VC1 et VC2 sur leur position
médiane (moitié des lamelles rentrées). Calez
votre récepteur FM tout en bas de la bande FM (88 MHz) et parlez
devant le microphone ou tappotez légèrement dessus, tout
en remontant la bande FM. A un instant donné, vous allez tomber
sur la fréquence d'émission. Si vous avez parcouru sans
succès toute la bande FM, refaites l'opération
après avoir sorti toutes les lamelles du condensateur ajustable
VC1. Si nouveau parcours infructueux de la bande FM, refaites
l'opération après avoir entré toutes les lamelles
du condensateur ajustable VC1. Si toujours pas de succès (vous
n'êtes pas chanceux, là), espacez un peu les spires de la
bobine L1 et recommencez le balayage de la bande FM. Si là aussi
toujours rien, resserrez un peu les spires de la bobine L1, et Hop,
reparti pour un nouveau tour ! Si après tout ça vous
n'avez rien entendu, ce n'est pas bon signe, il vous fait
revérifier l'ensemble du cablage.
Et la portée ?
Je ne vais pas faire comme ceux qui vous vendent des produits tout fait
ou à faire en kit, et vous indiquer la portée que l'on
peut obtenir en vision directe, sans obstacle, avec un récepteur
super sensible... La portée dépend, comme pour tout
ensemble émetteur / récepteur, de la puissance
d'émission, de la qualité et de la sensibilité du
récepteur, des antennes, et des obstacles entre les deux. Vous
pouvez
très bien obtenir une portée de 300 mètres en
terrain dégagé, et n'obtenir une portée que de 10
mètres en appartement avec murs blindés. Une chose est
sûre. De tous les émetteurs FM simples que j'ai construit,
c'est
celui-là qui a "porté le plus loin". Mais je le
répète : au détriment de l'autonomie.
Longueur de
l'antenne
J'allais oublier ! La longueur de l'antenne joue beaucoup sur les
performances du montage. Ne cherchez cependant pas à utiliser
une antenne
"taillée" en quart d'onde, demi-onde ou onde complète (3
mètres tout de même), ce serait désastreux...
Essayez plutôt avec une longueur de quelques centimètres
à quelques dizaines de centimètres, vous
obtiendrez des résultats déjà fort sympathiques
(longueur conseillée : entre 5 cm et 20 cm).
Circuit imprimé
Un circuit imprimé a été dessiné, mais
aucune obligation de le suivre. Si vous
décidez de le réaliser, choisissez
de préférence un circuit en verre epoxy, qui
présente des pertes en VHF moindre que la bakélite.
Typon aux formats
PDF, EPS et Bitmap 600 dpi
Vous pouvez aussi faire comme moi pour mes premiers petits
montages : montage en "volant", c'est à dire composants
directement soudés entre eux. Avantage pour ce genre de
réalisation : connections courtes, ce qui est bon pour un
montage RF. Inconvénient : dépannage plus difficile, ce
qui oblige à
faire plus attention dès le départ. Remarquez,
dépanner un montage volant forme aussi la jeunesse.
Mise en boite
Cet émetteur est de type "oscillateur libre", ce qui signifie
que la fréquence d'émission n'est pas stabilisée,
et pourra bouger un peu en fonction de la température ambiante
et de la position de l'émetteur par rapport à
l'environnement (dont vous pouvez faire partie). Ne soyez pas surpris
de voir la fréquence se décaller un peu quand vous vous
approchez de l'émetteur, c'est ce qu'on appelle l'effet de main.
Notre corps présente une capacité parasite qui est petite
mais suffisante pour perturber un peu l'émetteur lorsqu'on
l'approche. Pour limiter cet effet, il faut placer l'émetteur
dans un boitier metallique, et relier la borne plus de la pile 9V au
boitier (parce qu'ici, c'est le plus de l'alimentation qui est à
la masse).
Variante en miniature et basse tension
Le schéma suivant est une variante du précédent,
qu'il est possible d'alimenter sous une tension comprise entre 1,3V et
1,7V. L'usage d'une pile miniature de type "bouton" (comme celles
utilisées dans les montres ou dans les calculatrices plates) est
envisageable, mais n'espérez alors pas une grande autonomie. Si
le montage doit prendre peu de place, vous pouvez penser à
démonter une pile rectangulaire de 9V (6F22) et en extraire les
six batons de 1,5V, pour n'en utiliser qu'un seul (un peu plus petit
qu'une
pile LR3).
Les transistors BC121 sont tout petits (boitier de type U32), ils ont
une hauteur de 1,5 mm, un diamètre de 2 mm, et la longueur de
leur pattes est de l'ordre du centimètre. Un peu durs à
trouver de nos jours. Je ne sais pas s'il m'en reste encore (ils sont
tellement petits qu'ils peuvent se trouver n'importe où dans mes
casiers, qui ont été quelques peu chamboulés lors
de mon dernier déménagement). Pour la bobine L1, c'est
encore plus
simple qu'avec le premier schéma, puisqu'ici il n'y a aucune
prise
intermédiaire. On bobine, on soude aux deux bouts, aussi simple
qu'avec
une résistance !
Proto de la version 2
Mais avec des transistors classiques, BC108 pour Q1 et 2N2222 pour Q2.
Pas de condensateur ajustable, VC1 étant remplacé par un
condensateur fixe de 10 pF. Juste pour voir ce que ça donne,
là aussi sur plaque d'expérimentation à pastilles.
Ce proto, au premier démarrage, n'oscillait pas du tout. J'ai
modifié la valeur du condensateur fixe de 10 pF qui
remplaçait VC1, par un de valeur plus faible : 6,8 pF. Là
le montage à oscillé, mais à une fréquence
de 48 MHz. Autant dire que sans mon analyseur de spectre, j'aurais
pû chercher longtemps la porteuse dans la bande 88-108 MHz ! Car
s'il y avait une petite raie harmonique 2 (96 MHz), elle était
plutôt faiblarde (noyée dans le bruit). La diminution de
la valeur du condensateur en parallèle sur Q2, de 6,8 pF
à 3,3 pF a permis de monter un peu en fréquence, mais pas
jusqu'à la bande FM, et de surcroit avec un démarrage de
l'oscillation un peu plus frileux. Pour tomber dans la bande FM, j'ai
finalement du retirer deux spires à L1 et utiliser un
condensateur de 6,8 pF. Tout ceci pour dire que la fréquence
d'oscillation dépend beaucoup des composants utilisés
(notemment des transistors), mais aussi du support (type de circuit
imprimé), de la longueur des pattes des composants (qui doivent
toujours être les plus courtes possibles). Il est certain qu'avec
un montage de ce type, sans réglage, on a moins de chances
d'arriver à un fonctionnement correct immédiat. Mais
ça fait partie du jeu...
Et le même émetteur miniature mais avec le pôle moins à la masse ?
Guillaume, qui a réalisé cette seconde version, est bien
embêté. L'émetteur fonctionne bien, mais il avait
pour mission d'être intégré dans un tout petit
boitier branché directement sur un port USB (pour
bénéficier d'une alim 5 V à peu de frais), et en
prenant la source sonore sur la sortie ligne de la carte son de ce
même PC. Bonne idée, mais... la masse de l'émetteur
se voit confier le pôle positif de l'alim, et cela
présente comme qui dirait une certaine incompatibilité
avec le PC, dont la sortie audio et la prise USB partagent une masse
"négative". Et bien entendu, intercaler un "isolateur" au niveau
de la liaison BF (avec un optocoupleur, exemple)
ou au niveau de l'alim, pose quelques petits problèmes
d'encombrement. Je n'ai pas de solution testée à
proposer, mais voici ce que je ferais si j'étais lui.
Il fut une époque ou l'on trouvait une grande quantité de
schémas de montages électroniques mettant en oeuvre des
transistors PNP au germanium, et dont la masse était
reliée au pôle positif de l'alimentation. Il m'est
arrivé à plusieurs reprises de "reprendre" un vieux
schéma et de le "mettre à jour" en inversant la
polarité de l'alimentation et en remplaçant les
transistors PNP par des NPN. Bien sûr, d'autres petites
adaptations étaient parfois nécessaires (valeurs de
résistances de polarisation par exemple), mais au final
ça fonctionnait. Je suis donc tenté de dire que l'on peut
faire de même avec cet émetteur, ce qui pourrait aboutir
à un schéma du genre suivant.
Les transistors sont cette fois des BC201 (complémentaires des
BC121), et doivent être tout aussi faciles à trouver...
Bref, à essayer avec des classiques BC212, BC560 ou 2N2907.
Attention :
- Montage non réalisé et donc non testé, il faut
que vous aussi preniez des (petits) risques de temps en temps...
- Le BC201 ne supporte pas plus de 5 V !!!
- Si la sortie audio niveau ligne du PC délivre une tension
continue, il convient d'intercaller un condensateur de liaison en
série avec les deux résistances R4 et R5.
