Un amplificateur hot frequence FM de 10 W pour le f 140 - 146 MHz

Fabriquer un amplificateur VHF de 10 watts FM n’a généralement rien d’extraordinaire. Dans le montage que nous vous proposons ici et qui ne nécessite aucun réglage, les 10 watts HF sont obtenus en appliquant sur l’entrée d’un module amplificateur hybride à large bande Mitsubishi, une puissance de 0,03 watt (30 milliwatts) seulement. Voilà où se trouve l’originalité de cette réalisation.

Il y a quelque années seulement, pour réaliser un amplificateur de ce genre, à relier à la sor tie d’un étage oscillateur, il fallait utiliser trois transistors HF montés d’après un schéma similaire à celui représenté sur la figure 1. Une fois tous les condensateurs ajustables réglés, on parvenait à obtenir environ 10 à 12 watts sur sa sor tie.
Un tel amplificateur ne pouvait être monté que par un technicien ayant de bonnes connaissances en HF car, sans une expérience suffisante dans ce domaine, il était difficile de parvenir à régler de façon par faite les circuits d’accord. Conséquence : il arrivait par fois que l’amplificateur se mette à auto-osciller de façon inexpliquée après un bref temps de fonctionnement, ce qui entraînait la “mor t” des trois transistors. Aujourd’hui, les modules HF à large bande modernes permettent de réaliser des amplificateurs de bonne qualité ne nécessitant aucune mise au point. De plus, il suf fit d’appliquer quelques milliwatts seulement sur leur entrée pour obtenir une puissance impor tante à leur sor tie.
Si vous disposez d’un tel module hybride, il vous faudra résoudre des problèmes que vous n’avez jamais rencontrés auparavant. En ef fet, les seules caractéristiques que l’on trouve concernant ces composants sont : la tension d’alimentation, la fréquence d’utilisation, la puissance que nous pouvons appliquer sur l’entrée et la puissance maximale fournie sur la sor tie.
Si ces données peuvent être suffisantes à un technicien spécialisé et compétent, celui qui n’a jamais utilisé un de ces modules, ne réussira pas à construire un amplificateur s’il n’a pas à sa disposition un schéma électrique et l’indispensable circuit imprimé au moins. Il faut, en outre, que quelqu’un lui ai dit ce qu’il convient de ne pas faire pour ne pas mettre son module hors d’usage immédiatement.
A ce point, nous intervenons pour vous proposer le circuit d’un amplificateur HF pour le 140-146 MHz, étudié pour utiliser un module de puissance de la marque Mitsubishi référencé M.57732/L. Si nous consultons les caractéristiques données par le constructeur, nous trouvons ces quelques éléments :

 

Mais même si nous ajoutons la signification des différentes broches (voir figure 2) à ces caractéristiques, selon vous, combien sauraient concevoir un schéma électrique valable ?
Il faut tout d’abord savoir qu’il n’est pas conseillé de dépasser les 15 volts d’alimentation. Partant de là, nous devons alimenter le module avec une tension de 12-13 volts. Si ensuite, nous prenons en compte le gain en puissance de 25 dB, ce qui signifie une augmentation de la puissance de 316 fois, si nous appliquons 0,04 watt sur l’entrée, en sortie nous devons obtenir :

0,04 x 316 = 12,64 watts

Toutefois, pour ne pas endommager le module, il vaut mieux limiter la puissance d’entrée à une valeur légèrement inférieure à celle préconisée dans les caractéristiques.
En admettant n’utiliser en entrée que 0,03 watt (égal à 30 milliwatts), en sor tie nous obtenons :

0,03 x 316 = 9,48 watts

Evidemment, si nous appliquons au module des puissances inférieures à 30 milliwatts, la puissance de sor tie sera automatiquement réduite comme nous l’avons spécifié dans le tableau ci-dessous.

Il existe également une autre donnée qui varie en rappor avec la puissance produite. A la puissance maximale, le module absorbe environ 2,5 ampères, la consommation descend à 2 ampères pour une puissance de 9,5 watts et est réduite à 1,7 ampère pour une puissance de 7 watts. Laissant de côté toutes ces particularités, nous nous trouvons devant un autre problème à résoudre : celui de la commutation automatique, pour passer de la réception à l’émission.
Un amplificateur se connecte toujours à la sor tie d’un émetteur/récepteur. Ainsi, en émission, le signal HF présent sur la sor tie de l’émetteur doit entrer dans l’amplificateur et doit ensuite être prélevé sur la sor tie de l’amplificateur pour rejoindre l’antenne rayonnante. Par contre en réception, le signal capté par l’antenne doit rejoindre directement l’entrée de récepteur en contournant l’amplificateur.
Comme vous pouvez le voir sur le schéma électrique, la commutation est effectuée par deux relais.

 

Liste des composants de l’amplificateur LX.1418

Schéma électrique

Le schéma complet de l’amplificateur utilisant le module M.57732/L est représenté sur la figure 3. Sur la prise d’entrée située sur la gauche, nous pouvons connecter la sor tie de l’émetteur dont on veut augmenter la puissance ou bien le signal issu d’un VFO prévu pour les fréquences de 140- 160 MHz.
Lorsque l’émetteur/récepteur est en réception, les deux relais sont au repos et, ainsi, le signal capté par l’antenne atteint directement l’entrée du récepteur. Quand l’émetteur est en émission, le signal HF passant par la ligne L1 se retrouve, par induction, également sur la ligne L2.

 

La diode DS1, reliée à la gauche de cette ligne, redresse le signal de l’onde directe, de cette façon, sur la cathode, nous retrouvons une tension positive qui est appliquée sur la broche non-inverseuse 5 de l’amplificateur opérationnel IC1/A. Lorsque nous retrouvons cette tension sur l’amplificateur opérationnel, les relais sont activés. Le relais 1 connecte la sor tie de l’émetteur sur la broche 1 du module IC2 et le relais 2 connecte l’antenne sur la broche de sor tie 5.

En regardant le circuit de détection, cer tains se demanderont pourquoi nous prélevons la tension positive de 12 volts sur le diviseur formé par les résistances R9 et R7+R8 et pourquoi nous faisons parvenir une tension positive d’environ 0,3 volt, à travers les diodes DS1 et DS2, sur les deux entrées de l’amplificateur opérationnel IC1/A. Si nous n’avions pas appliqué cette tension aux diodes, pour les faire passer en conduction, nous aurions dû dépasser leur niveau de seuil, en fait nous aurions dû appliquer sur la prise d’entrée du module des puissances exagérées alors que nous savons qu’il ne faut pas dépasser 40 milliwatts.
Ainsi, la diode DS1 est déjà conductrice avec la tension positive prélevée du diviseur de tension à résistances et il suffit d’une puissance dérisoire pour faire activer les deux relais. En fait, les deux relais seront excités avec une puissance de seulement 10 milliwatts.
Il faut signaler que l’amplificateur opérationnel IC1/A est utilisé comme amplificateur différentiel. De cette façon, quand les deux tensions appliquées ont une valeur identique, nous aurons 0 volt sur la broche de sor tie, comme le confirme la formule :

Volt de sortie = (R6 : R4) x (V1 - V2)

D’où :
V1 est la valeur de tension (0,3 volt) présente sur la broche non inverseuse 5.
V2 est la valeur de tension (0,3 volt) présente sur la broche inverseuse 6.
Sachant que la résistance R6 et de 150 kΩ et la résistance R4 de 3,9 kΩ, en sor tie, nous retrouvons une tension de :

(150000 : 3900) x (0,3 – 0,3) = 0 volt

Lorsque, sur l’entrée du module, nous appliquons le signal HF prélevé de la sor tie d’un émetteur ou d’un VFO, la diode DS1 détecte cette tension et, même si elle est aussi dérisoire que de passer de 0,3 volt à 0,4 volt, sur la sor tie de l’amplificateur opérationnel IC1/A, nous retrouverons une tension positive de :

(150000 : 3900) x (0,4 – 0,3) = 3,84 volts

Cette tension est appliquée sur l’entrée non inverseuse 3 de l’amplificateur opérationnel IC1/B, utilisé comme comparateur de tension.
Dès que la tension sur l’entrée non inverseuse dépasse la valeur de la tension présente sur l’entrée inverseuse 2, qui est d’environ 0,7 volt par la présence de DS3, nous retrouvons, sur la sor tie, une tension positive d’environ 10 à 12 volts. Cette tension polarise la base du transistor TR1, qui devient conducteur et active les deux relais reliés sur son collecteur. Dans le tableau ci-dessous, nous avons reporté les valeurs des résistances qu’il faut utiliser pour l’atténuateur en fonction de la puissance d’entrée.

Note : Les valeurs non standard des résistances peuvent êtres obtenues en reliant en parallèle ou en série deux résistances. Par exemple pour obtenir 75 ohms, il suffit de relier en parallèle deux résistances de 150 ohms, par contre, pour obtenir 95 ohms, il suffit de relier une résistance de 82 ohms et une résistance de 12 ohms.
Jusqu’à une puissance de 250 milliwatts, nous pouvons utiliser des résistances au carbone de 1/4 watt, jusqu’à 600 milliwatts des résistances au carbone de 1/2 watt et pour des puissances supérieures des résistances de 1 watt. Si le VFO ou l’émetteur que nous utilisons pour piloter le module délivre une puissance inférieure à 40 milliwatts, il faut exclure l’atténuateur. Ainsi nous relirons la sor tie du relais 1 directement sur la broche 1 de IC2. Le problème de l’atténuateur d’entrée étant résolu, voyons à présent les broches d’alimentation.
Dans le tableau des caractéristiques, il est indiqué qu’il faut appliquer une tension inférieure à 6 volts sur la broche 3. Pour cela, nous avons réduit la tension de 12 volts d’alimentation à 4,7 volts par l’intermédiaire de la diode zener DZ1.
Pour éviter les auto-oscillations, il faut appliquer la tension d’alimentation sur les différentes broches 2, 3 et 4, à travers des selfs HF en ferrite (voir JAF2, JAF3 et JAF4) et il faut relier, entre ces broches et la masse, des condensateurs de 100 nF et 10 nF.
 Ce filtre, qui a une fréquence de coupure d’environ 170 MHz, permet d’éviter de générer à l’antenne des harmoniques à 320, 480 et 640 MHz. Pour fournir à ce module la tension qui lui est nécessaire, il faut utiliser une alimentation stabilisée en mesure de fournir 12 volts sous 2,5 ampères maximum.

 Réalisation pratique

En regardant le schéma d’implantation des composants, vous vous rendrez compte que pour réaliser un circuit HF, il ne suffit pas de disposer du schéma électrique, mais il faut qu’avec celui-ci, vous ayez également un circuit imprimé adéquat. Le modèle utilisé est un circuit double face à trous métallisés, sur lequel les composants doivent êtres placés dans une position bien précise pour éviter des couplages capacitifs indésirables.
Vous pouvez commencer le montage par le suppor t de circuit intégré IC1 et poursuivre par le transistor TR1 en orientant le côté plat de son boîtier vers le module IC2. Après ces composants, insérez la première diode DS1, en dirigeant le repère de son boîtier vers le condensateur C2, puis la seconde diode DS2 avec son repère dirigé vers R4 et, enfin, la dernière diode DS3, son repère dirigé vers le condensateur C7 (voir schéma de la figure 6).
Insérez maintenant l’inductance JAF1 sur le circuit imprimé, puis toutes les résistances et les condensateurs situés à gauche du relais RL1. Si vous connaissez déjà la puissance que délivre votre VFO ou votre émetteur, vous pouvez installer les résistances R15, R16 et R17 en choisissant leur valeur dans le tableau donné plus haut.
Si le VFO ou l’émetteur délivrent une puissance inférieure à 40 milliwatts, connectez, avec un morceau de fil rigide, les deux pistes où doit se trouver la résistance R16 et ne montez pas les deux résistances R15 et R17. Montez à présent les deux relais spéciaux pour la commutation HF. Ces relais sont capables de commuter des signaux allant jusqu’à une fréquence de 1 GHz.
Comme vous l’avez noté, le relais RL2 est installé sur le côté opposé du circuit imprimé, près de la prise de sor tie. Poursuivez le montage par la mise en place de la diode DS4, dont le repère doit être dirigé vers le bas, puis la diode zener, avec son repère dirigé vers R18 et, enfin, la grosse diode DS5, avec son repère dirigé vers la gauche. Après ces composants, il faut monter le bornier à deux plots, tous les condensateurs céramiques (à l’exclusion de C14, C15, C16, C17, C18 et C19) et les deux condensateurs électrolytiques en prenant soin de respecter leur polarité (patte longue = positif).
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