Récepteur à réaction Spoutnik bande des 40m

[oscar25]

En parcourant le net et plus particulièrement les sites radioamateurs je suis tombé sur l'un d'entre-eux qui porte l'indicatif F6BCU, pour ne pas le citer. Sur son site, excellent par ailleurs, j'ai trouvé de nombreuses réalisations d'émetteurs, de récepteurs et autres matériels spécialisés dans le domaine de la radio. Parmi les nombreux appareils décrits j'ai trouvé le descriptif d'un petit récepteur à réaction dénommé Spoutnik dont les qualités en réception semblent être excellentes, en regard de la simplicité apparente du circuit et des composants qui le compose.
C'est ce petit récepteur que j'ai entrepris de réaliser et que je vais vous présenter. Je m'excuse déjà de la mauvaise qualité de certaines photos, notamment les premières, car je ne pensais pas au départ faire une présentation. Je remercie par la même occasion F6BCU.
Pour commencer voici le schéma de l'appareil :

Schéma du Spoutnik

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Ce récepteur fait appel à un oscillateur de type Clapp dont la stabilité est excellente et cela se vérifiera. Il se distingue de l'oscillateur de type Colpitts par l'introduction d'une capacité C3 (avec C4 et C5) en série avec l'inductance, ici L2 sur le schéma. T2 est le transistor qui avec les condensateurs de 100pf (auquel il faut ajouter le trimmer et le CV), le 470pf et le 1nf constituent cet oscillateur.
Dans un oscillateur Clapp, la fréquence d'oscillation F peut-être calculée par la formule :

Formule de calcul de la fréquence d'oscillation

F clapp.jpg (7.66 Kio) Vu 2637 fois

La valeur de la capacité en série avec l'inductance L doit être beaucoup plus petite que les deux autres mais pas trop pour que les oscillations se déclenchent.
Coté bobine, voici le schéma proposé :

Les bobines L1 et L2

schéma bobines L1 L2.jpg (48.81 Kio) Vu 2637 fois

Pour L1, 8 spires de fil émaillé de 0,4 mm de diamètre et pour L2 22 spires du même fil, l'ensemble bobiné à spires jointives sur un mandrin de diamètre 13mm.
Ne disposant pas d'un tube de ce diamètre je suis parti sur un tube de 14 mm ce qui modifie le nombre de spires à réaliser pour obtenir une inductance équivalente. J'ai donc bobiné 7,5 spires pour L1 et 21 spires pour L2 valeurs que j'ai dû réduire lors de mes essais compte-tenu des nombreuses capacités parasites dont mon circuit faisait l'objet, vous comprendrez mieux après avoir vu le montage

Ici le tube de 14 mm avec L1 et L2 dont le nombre de spires à déjà été fortement réduit après quelques essais

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La polarisation de la base du transistor T2 est assurée par le potentiomètre P2 qui assure la commande de réaction du récepteur et par là même, règle l'amplitude des oscillations. Coté L1, on trouve le transistor T1 d'amplification HF dont le rôle est double. Assurer l'amplification des signaux reçus par l'antenne mais aussi isoler l'oscillateur du circuit d'antenne pour éviter que cette dernière ne rayonne les oscillations produites.
P1 à pour fonction d'atténuer les forts signaux de réception. Dans mes expérimentations je m'apercevrai de l'importance de ce réglage, conjugué avec celui du niveau de réaction (via P2) et du condensateur variable d'accord.
Le circuit est alimenté sous 9V via un régulateur de tension 78L09 pour éviter les fluctuations intempestives de la fréquence d'oscillation avec la tension.
Coté amplification BF je n'ai pas réalisé la partie du circuit avec son LM386 car j'ai utilisé un même amplificateur externe au montage, afin d'alléger le montage.
Voici quelques photos du montage réalisé sur bredboard. Coté trimmer, c'est un petit condensateur variable plastique que j'ai utilisé. Pour le CV j'ai utilisé le gros condensateur à lames dont je n'ai conservé qu'une seule lame sur l'une des deux cages afin d'obtenir une capacité réduite d'une soixantaine de picofarads. Le régulateur de tension est sur la plaquette extérieure située à droite de la photo. Le potentiomètre P2 à droite règle le niveau de réaction. Je n'ai pas installé le potard P1 qui ajuste le niveau des signaux d'entrée.

Le montage réalisé sur bredboard pour les premiers essais.

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Le circuit coté bredboard

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à suivre ...

[lulrik]

Très belle réalisation, j'ai toujours eu un faible pour la beauté des condensateurs variable. J'en ai un sur mon étagère que je regarde tout les jours.

J'attends la suite avec impatience, moi même radioamateur je n'ai jamais sauté le pas de la réalisation.

A+
Antoine

[oscar25]

Bonjour Antoine. C'est vrai qu'ils sont beaux ces condensateurs à lames. Mais tu verras plus tard que je les ai remplacés par des systèmes varicap tout aussi efficaces.
Quel est ton indicatif radioamateur ?

[lulrik]

Les varicap, sans doute plus facile à trouver que les CV en 2022, je me trompe ?

Ici F4IZD !

A+
Antoine

[oscar25]

Non tu ne te trompes pas. On trouve des CV d'occasion mais ils sont généralement assez chers.
Merci pour l'indicatif.
Demain, la suite.

[oscar25]

Hier j'ai oublié de préciser que le trimmer (remplacé par un petit CV plastique) sert au centrage de la bande des 40 m, dans une plage de fréquences qui devrait aller normalement de 7 à 7,2 Mhz environ.
Sur la photo ci-après vous remarquerez que la bobine L2 est au-dessus de L1 comme cela était préconisé dans l'article de F6BCU. J'ai fait l'essai de mettre L2 dessous, mais je n'ai pas remarqué de changements. Ce qui est important c'est de connecter correctement les fils de L1 par rapport à ceux de L2. Lorsque je place le point chaud (le fil du haut) de L2 sur la base de T2 je dois rattacher le point chaud de L1 également sur la base de T1. Dans le cas contraire je ne vais rien capter.
J'ai utilisé un petit potard de 10K sur le circuit d'antenne pour ajuster le niveau HF.
Coté T1 j'ai testé plusieurs transistors dont un BF959, un C547C mais aussi un BC550C que j'ai finalement adopté et qui procure une amplification importante du signal d'antenne.
Coté T2 j'ai utilisé le 2N2222 préconisé mais aussi le S9014 qui fonctionnait tout aussi bien.
Pour vérifier que l'oscillateur fonctionne j'ai placé une boucle autour de L2. Cette boucle est connectée à la sonde de l'oscillo.
Vous remarquerez aussi que le circuit n'est pas optimisé pour de la HF avec ses nombreux fils volants. Mais pour un premier essai je voulais voir ce que cela donne.

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A la première mise sous tension il ne s'est rien passé. L'oscillateur n'oscillait pas, même en tournant le potard de réaction au maximum. Je précise qu'au début L2 comptait 21 spires. A ce stade, je n'avais monté que le condo de 100pf relié à L2 (donc sans le trimmer et le CV).
J'ai drastiquement réduit le nombre de tours de L2 à 15 spires. Avec 15 spires l'oscillateur a oscillé et j'ai pu capter clairement et fortement une station de radiodiffusion que je n'ai pas identifiée mais dont la fréquence était un peu inférieure à 12 MHz donc bien trop élevée.
Encouragé par ce résultat, j'ai refait une bobine avec L1 à 8 spires et L2 à 20 spires pour revenir à des valeurs proches de ce qui était préconisé au départ. Je remets sous tension et cette fois l'oscillateur démarre Capricieux ce montage. Faut dire qu'avec tous ces fils volants, pas étonnant qu'un coup ça marche et qu'un coup ça déconne.
Donc avec cette nouvelle bobine je relève cette fois une fréquence de 4 MHz à l'oscillo, mais trop basse
Je retire 3 spires à L2, il m'en reste donc 17 et je connecte le trimmer seul. En jouant sur le trimmer j'arrive à capter deux radios autour des 7 Mhz. J'ai déterminé que le trimmer avait une capacité de 73pf puis 97pf. Je précise que le condo de 100pf est toujours connecté en série avec L2. En amenant le trimmer à 116 pf je capte cette fois de la télégraphie, ainsi qu’à 119 pf. Avec le trimmer à 70pf je capte ce qui me parait être une station de radiodiffusion mais très faiblement. Je dois jouer sur le niveau de réaction via le potard P2 pour obtenir une meilleure tonalité et un maximum de réception. Les conversations sont loin d'être audibles mais c'est un bon début.
À suivre…

[oscar25]

Force est de constater que ça fonctionne même si la qualité sonore des conversations que je capte n'est pas extraordinaire. Je décide de mesurer la fréquence de résonance de L2. Pour cela, aux bornes de L2, je mets en parallèle le condo céramique de 100 pF avec le trimmer. J'excite la bobine avec le grip-dip en mode émission et avec une boucle enroulée sur L2 et connectée à la sonde de l'oscillo j'observe un pic lorsque le trimmer accuse une capacité de 16 pf. La fréquence relevée est de 7,042 MHz, juste dans la bande des 40 m et dans la plage des fréquences de la télégraphie.
Sans le condo de 100 pf, le pic est obtenu à 6,84 MHz avec le trimmer (le petit CV en plastique) dont la capacité est de 126 pF.
Avec le trimmer au maxi (soit 136 pF) et le condo de 100 pF le pic de résonance est atteint à 5,10 MHz. Avec le trimmer au mini (soit 10 pf) la fréquence est alors de 7,4 MHz. L’action seule du trimmer permet donc de faire varier largement la plage de résonance de L2.
Je repose la bobine sur la bredboard et je mesure la plage de fréquence balayée par le trimmer. Je trouve une Fmini de 6,72 MHz (avec P2 à la limite de l'oscillation) et Fmaxi de 8,53 MHz.
À ce montage j'ajoute le gros CV à une lame. Je mesure cette fois une Fmini de 7,64 Mhz et une F mini de 8,27 MHz.
L'ajout du CV à lame unique en parallèle du trimmer et du condo de 100 pF restreint la plage de fréquence balayée.
En réglant la fréquence avec le trimmer et en ajustant P2 pour obtenir le début d'une oscillation à l'écran du scope je capte des stations radioamateurs vers 7,143 MHz. Sur 7,04 Je capte clairement de la télégraphie. Sur 7,245 je capte une station de radiodiffusion "Voice of Tajik" en langue russe.
Je calcule l'inductance théorique de L2 qui comprends donc 17 spires de fil de diamètre 0,4 mm bobiné sur un mandrin de diamètre 14 mm. La longueur de la bobine est de 8 mm.
Je trouve L = 3,967 micro-Henry.
F6BCU décrit sur son site la possibilité de remplacer le CV d’accord par deux dispositifs à diode pour ajuster la fréquence. Il s'agit de dispositifs varicaps utilisant des diodes communes.
Je choisis dans un premier temps de réaliser celui dit « réglage fin » dont voici le schéma :

schéma du réglage fin

réglage fin 4.jpg (23.77 Kio) Vu 2538 fois

Je choisis une diode 1N4001 dont la capacité mesurée au testeur est de 12 pF. Je réalise le montage sur un bout de plaque cuivrée.

réglage fin

5.jpg (187.04 Kio) Vu 2538 fois

Je mets sous tension, recherche une station radioamateur et joue sur le potentiomètre de commande! Je suis un peu déçu car s'il y a bien une variation de la fréquence elle est très faible et ne permet pas d'ajuster suffisamment l'accord. Je remplace la diode de 12 pF par une autre de 30 pF. Cette fois la variation est beaucoup plus perceptible et suffisante pour réaliser l'accord de la station.
Voilà quelque chose qui fonctionne du tonnerre
Il me reste à passer à l'autre dispositif appelé « réglage principal ». Voici le schéma :

schéma du réglage principal

réglage pricipal 10.jpg (21.39 Kio) Vu 2538 fois

Je trouve dans mon stock deux diodes 1N4004 de capacité 9 pF et de la même manière je réalise le montage que j'intègre au récepteur.

réglage principal

7.jpg (189.58 Kio) Vu 2538 fois

Ci-dessous le schéma complet avec ses deux dispositifs :

Schéma complet

Schema 2.jpg (104.58 Kio) Vu 2538 fois

À suivre…

[lulrik]

Joli chemin de recherche.

[oscar25]

Merci Antoine. En ce moment j'écoute sur 7,095 des échanges des radioamateurs en français et en anglais...c'est top.
La stabilité de l'oscillateur est remarquable. Quasi pas besoin de retoucher l'accord

[oscar25]

Certains auront peut-être remarqué que sur la dernière photo la bobine à disparue du circuit. En y regardant de plus près vous aurez peut-être vu l'arrivée d'une bobine plus petite.
En fait, selon les indications de F6BCU, les bobines L et L2 bobinées sur mandrin peuvent être remplacées par un bobinage sur tore. Il s'agit d'utiliser un tore rouge T50-2 ou un T50-6 dont les coefficients de perméabilité magnétique sont adaptés à cette plage de fréquence. Le nombre de spires est différent selon le tore utilisé.
Voici les précos de F6BCU :

Schéma du bobinage sur tore

schéma Tore L1 L2.jpg (109.37 Kio) Vu 2468 fois

J'ai choisi d'utiliser un T50-2 car je n'avais que ça
Pour L2 j'ai donc bobiné 30 spires de fil émaillé de 0,4 mm de diamètre ...

L2 bobiné

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puis 3 spires pour L1 entre les extrémités de L2.

L2 et L1 sur le tore

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Après montage du tore en remplacement de la bobine précédente et quelques essais concluants j'ai décidé de réaliser cette fois le récepteur sur une plaque cuivrée en utilisant la technique des pavés collés à la super-glu, technique rapide et efficace pour réaliser un prototype. A ce circuit j'ai adjoints les deux circuits de réglage d'accord précédemment réalisés.
Voilà ce que ça donne en images :

le circuit du récepteur sur plaque cuivrée

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Autre vue du circuit assemblé

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Tout s'est bien passé à la mise sous tension. L'oscillateur a démarré. En jouant sur le potard de réaction et ajusté celui d'accord j'ai capté quelques radioamateurs. Cependant, la plage de fréquence s'était un peu décalée vers le bas et j'ai dû enlever une spire à L2. J'en ai profité pour reposer la bobine en position verticale sur le circuit pour plus de stabilité.

Bobine torique verticale sur le circuit

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Certains échanges étaient distinctement reçus et déchiffrés, pour d'autres les voix semblaient graves et étouffées malgré une action sur le niveau de réaction (le potar de gauche sur la photo) ou sur les circuits d'accords. J'ai donc remplacé le potar de réaction par un 10 tours.

Remplacement du potar d'accord princiipal par un 10 tours, à gauche sur la photo

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Ce changement de potentiomètre m'a permis d'améliorer considérablement l'accord des stations mais certaines voix restaient graves et peu audibles. Il s'agissait de stations puissantes qui passaient par-dessus les autres.
J'ai ajouté, ce que je n'avais pas encore installé, un potar sur l'entrée HF du circuit d'antenne

Ajout d'un potar, en résistance variable sur l'entrée antenne

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En ajustant le niveau du signal d'entrée avec ce potard j'ai finalement pu rendre audible ces conversations. Il devait y avoir saturation du circuit d'entrée