mardi 2 août 2016

Regency TR-1

Après avoir lu cet article sur Hackaday.com où on mentionne la mise en marché en 1954 du premier récepteur radio à transistors. J'étais curieux de voir son schéma électronique et une recherche dans Google par permis de trouver rapidement. Dans cet article je décris le fonctionnement de ce récepteur radio.

schéma électronique du Regency TR-1

Vous pouvez cliquer sur l'image pour l'agrandir.

Il s'agit d'un récepteur super-hétérodyne qui n'utilise que 4 transistors. À cette époque il s'agissait de transistors au germanium.

Super-hétérodyne

Un récepteur super-hétérodyne est un récepteur qui convertie le signal reçu à une fréquence fixe appelée fréquence intermédiaire qui est amplifiée avant que le signal ne soit démodulé (recouvrement de l'information). Dans les récepteurs commerciaux pour la bande de diffusion MW (530-1700Khz) la fréquence intermédiaire est standardisée à 455Khz et est obtenue par soustraction de la fréquence de l'oscillateur local à la fréquence de la station reçue par l'antenne. L'oscillateur local doit-être accordée en même temps que l'amplificateur RF de sorte que sa fréquence soit maintenue à 455Khz au dessus de la station syntonisée. Par exemple si on syntonise une station à la fréquence de 610Khz l'oscillateur local aura une fréquence de 1065Khz. Cette syntonisation se fait par un condensateur variable à 2 sections dont les plaques mobiles sont sur un axe commun. Sur le diagramme bloc la ligne pointillée représente le lien de syntonisation entre l'oscillateur local et l'amplificateur radio-fréquence.

Variable Capacitor.jpg
Par Ulfbastel de de.wikipedia.org, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=605145

L'intérêt du super-hétérodyne est d'améliorer la sélectivité en fréquence, c'est à dire la capacité à séparer les stations qui sont proches en fréquence l'une de l'autre. La bande passante d'un circuit accordé est Fr/Q. Où Fr représente la fréquence d'accord et Q est le facteur de qualité de l'inductance du circuit accordée. A partir de cette formule on comprend que si le facteur Q est constant la sélectivité d'un circuit accordé diminue avec l'augmentation de la fréquence. En convertissant la fréquence reçu à une fréquence constante de 455Khz la sélectivité sera la même à 1700Khz qu'à 540Khz.

Fonctionnement du Regency TR-1

Pour suivre cette description reportez-vous au schéma électronique détaillé ci-haut. Première remarque, il n'y a que 4 transistors. Les premiers transistors étaient coûteux il fallait donc en réduire le nombre. X4 est l'amplificateur audio. Puisque l'impédance de sortie au collecteur de X4 est trop haute pour alimenter directement un haut-parleur on utilise le transformateur T4 pour abaisser cette impédance. Ce type de transformateur a habituellement une impédance de 1 ou 2 Kohm au primaire (côté collecteur de X4) et 8 ohm au secondaire.

La bande MW étant modulée en amplitude la démodulation est très simple. Il suffit de redressé le signal à la sortie de l'amplificateur IF. Cette tâche est accomplie par la diode D1. le condensateur C18 élimine le résidu radio-fréquence pour qu'il ne se propage pas dans l'amplificateur audio. Le potentiomètre R12 insérée entre le détecteur et l'amplificateur audio permet de régler le volume sonore.

Les transistors X2 et X3 sont utilisés pour l'amplificateur de fréquence intermédiaire. Le couplage entre les étages se fait par circuit accordé à 455Khz. C'est ce qui assure la sélectivité du récepteur. À l'entrée de l'amplificateur IF on a T1 et C6 qui forme le premier circuit accordé à 455Khz. Entre X2 et X3 on a T2 et C12 qui forme le deuxième et finalement à la sortie on a T3 et C16 qui forme le troisième circuit accordé. Avec ces 3 circuits accordés à 455Khz la sélectivité est suffisante pour cette bande de fréquence.

On arrive à la partie la plus intéressante du circuit. Sur le diagramme bloc on voit 3 modules, RF AMP., OSC. LOCAL et MIXER. Mais sur le schéma électronique on ne voit qu'un seul transistor X1. En fait ce transistor joue les 3 rôles. Comme je l'ai écris ci-haut, les transistors coûtaient cher à l'époque. On a donc synthétisé les 3 fonctions dans un seul étage à transistor.

Le rôle d'antenne est joué par une barre de ferrite sur laquelle est bobinée le circuit d'accord radio-fréquence constitué de L1 et C2. Le bobinage L2 couple le signal radio reçu vers la base de X1. L2 sert à abaisser l'impédance pour ne pas chargé le circuit accordé radio-fréquence, ce qui aurait pour effet de réduire la sensibilité et la sélectivité de celui-ci.

Le circuit accordé de l'oscillateur local est formé de L3, C3 et C5. L3 possède un branchement partiel pour retourner une partie du signal de sortie vers l'émetteur de X1 à travers le condensateur C4. Cette rétro-action positive permet de créer un oscillateur de type Hartley. C'est l'oscillateur local. Puisque X1 amplifie à la fois le signal RF reçu de l'antenne et le signal de l'oscillateur il agit automatiquement comme un mélangeur (MIXER). Sur le collecteur de X1 on retrouve la fréquence de la station émettrice, la fréquence de l'oscillateur local ainsi que la somme et la différence de ces 2 fréquences. Ce signal est couplé à travers L4 à T1 et C6. Mais puisqu'il s'agit d'un circuit accordé à 455Khz seule la différence entre la fréquence de la station syntonisée et celle de l'oscillateur local passe dans l'amplificateur de fréquence intermédiaire.

A propos de C2 et C3 il s'agit en fait de 2 sections d'un même condensateur variable. Dans un schéma moderne aurais plutôt utilisé les notations C2a et C2b pour les désignés.

Ce n'est pas terminé, ce récepteur malgré sa simplicité possède aussi un contrôle de gain automatique. Puisque la puissance du signal varie d'une station à l'autre il est utile d'ajuster le gain en fonction de la puissance reçu sans que l'utilisateur est besoin de toucher au contrôle de volume. À l'anode de la diode D1 en plus du signal audio fréquence il y a un certain voltage DC négatif puisque la diode redresse le signal de sortie de l'amplificateur IF. La valeur de ce voltage devient plus négative avec la puissance du signal reçu. La résistance R11 ramène ce volage vers la base de X2. Ce signal filtré par C9 pour enlever toute trace de fréquence audio modifie la polarisation du transistor X2 de sorte que plus le signal reçu es puissant, plus le gain de X2 diminue. Ce qui permet de contrôler le volume audio lorsqu'on change de station.

Conclusion

Ce type de montage était très fréquent dans les années 60, 70 et même 80. Sauf qu'à partir des années 60 les transistors au germanium ont étés remplacés progressivement par les transistors au silicium. Les transistors au silicium sont plus stables, ont un courant de fuite plus faible et offre un gain plus élevé. A partir des années 70 on a vu apparaître des circuit-intégrés qui accomplissait le travail de certain module du super-hétérodyne. Par exemple des amplificateurs audio en circuit-intégré comme le LM386. Puis sont apparues des circuit intégrés contenant toute la partie RF, IF et détection.

Aujourd'hui les technologies analogiques ont été en grande partie remplacées par des circuits numériques. Silicon Labs est un des manufacturiers les plus actif dans le domaine des C.I. radio-fréquence. Voici le schéma d'un récepteur MW/SW/FM réalisé avec un si4825-a10 de Silicon labs.

Il ne manque que l'amplificateur audio.

Notez qu'il n'y a pas de condensateur variable, la sélection de fréquence se fait par un potentiomètre. Les technologies numériques ont fait presque disparaître les condensateurs variables. Seul quelque vendeurs spécialisés en tiennent encore en inventaire. Les derniers que j'ai acheté, je les ai trouvé sur ebay. Il s'agit de condensateurs usagés. Il est plus facile de les trouver en Europe de l'est.

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