Projet 14 : Radio et amplificateur

Projet 14 : Radio et amplificateur

Voir Projet 1 pour les composantes nécessaires pour Mes seconds pas en Électronique.

Voir aussi :

Vous aimez écouter de la musique ?

Ce projet vous permet de construire un récepteur radio avec seulement quatre composants, et un amplificateur audio avec quelques autres pour écouter le signal radio AM sur un haut-parleur.

Ensuite, si vous le souhaitez, vous pouvez utiliser un casque audio bon marché et le connecter à l'entrée de votre amplificateur.

Vous pourrez ainsi écouter de la musique depuis votre appareil iOS ou tout autre lecteur MP3.

Qu'est-ce que la radio ?

Cette section vous aide à comprendre le fonctionnement du projet que vous allez réaliser.

Cette compréhension n'est pas indispensable pour la réalisation du projet ; vous pouvez donc passer directement à la section suivante si vous le souhaitez.

Scientifiquement parlant, la radio est la transmission d'un certain type d'énergie électromagnétique à travers l'air.

L'énergie électromagnétique est une énergie rayonnée (c'est-à-dire émise) par un objet et qui se propage sous forme d'ondes, à l'instar du son.

Les rayons X, les micro-ondes, la lumière visible et les ultraviolets (responsables des coups de soleil) sont d'autres exemples d'énergie électromagnétique.

Une des différences entre les rayons X, les micro-ondes, la lumière et les ondes radio réside dans la longueur d'onde de leurs ondes.

Imaginez que vous jetiez une pierre dans un lac calme.

Lorsque la pierre touche l'eau, celle-ci se met à onduler, créant ainsi de petites vagues qui se propagent en un cercle concentrique autour du point d'impact.

La distance entre les crêtes de deux vagues voisines correspond à la longueur d'onde de la vague.

Les différentes formes d'énergie électromagnétique sont émises à différentes longueurs d'onde, ce qui nous permet de les distinguer.

La fréquence de l'énergie électromagnétique est étroitement liée à sa longueur d'onde.

La fréquence mesure le nombre d'ondes complètes (aller-retour) qui traversent un point donné de l'espace chaque seconde.

Plus la longueur d'onde est grande, plus la fréquence est basse, et inversement.

Les stations de radio commerciales sont généralement identifiées par leur fréquence d'émission.

Par exemple, 1010 WINS est une station de radio AM de New York.

Le « 1010 » dans son nom fait référence à 1010 kilohertz (kHz),

la fréquence à laquelle les ondes radio sont émises par l'antenne de la station.

Une autre station de radio new-yorkaise, 95.5 WPLJ, est une station FM qui émet à 95,5 mégahertz (MHz).

Le spectre des radiofréquences (RF), c'est-à-dire la gamme de fréquences, s'étend de 3 kHz à 300 GHz (gigahertz) et est utilisé pour la télévision, les ondes courtes, la téléphonie mobile, le GPS et d'autres types de transmissions, en plus des émissions des stations de radio.

Chaque station de radio AM émet sur une fréquence comprise entre 535 kHz et 1700 kHz, et chaque station de radio FM émet sur une fréquence comprise entre 87,5 MHz et 108 MHz.

Les émetteurs radio transmettent des informations, qu'il s'agisse de musique ou de parole, par le biais d'ondes RF en modifiant la structure de ces ondes en fonction du signal électrique représentant la musique ou la parole.

Ce processus est appelé modulation.

Les ondes RF sont les porteuses du signal (par exemple, la musique).

À la réception, un récepteur radio démodule les ondes RF, séparant ainsi le signal de la porteuse.

Le signal peut ensuite être amplifié par un circuit électronique et diffusé par un haut-parleur ou un casque.

Bien que ce processus de transmission et de réception radio puisse paraître complexe, la construction d'un récepteur radio basique est relativement simple. Planifiez votre mission

Dans ce projet, votre tâche consiste à capter un signal radio, à l'amplifier et à le diffuser sur un haut-parleur.

Assez simple, non ?

Si une station de radio AM suffisamment puissante se trouve à proximité, vous devriez pouvoir détecter et amplifier un signal.

Si vous habitez loin d'une station de radio, il se peut que vous ne captiez aucun signal.

Essayez tout de même !

Sinon, passez au plan B.

Le plan B consiste à construire l'amplificateur audio et à réaliser l'étape optionnelle à la fin du projet :

découper l'écouteur d'un casque bon marché et utiliser les fils pour connecter le son d'un iPod, d'un iPhone ou d'un autre lecteur de musique à votre amplificateur.

Pour capter un signal radio, il vous faut :

Une antenne pour capter l’énergie électromagnétique ambiante.

Dans ce projet, l’antenne est simplement un long fil relié à un objet métallique de grande taille, comme une boîte de conserve ou les rayons d’une roue de vélo.

Un tuner pour sélectionner une fréquence radio.

Ce tuner est composé d’une inductance (une simple bobine de fil) et d’un condensateur variable (un condensateur dont la capacité peut être ajustée).

La section suivante vous explique comment fabriquer votre propre inductance et votre propre condensateur variable.

Un détecteur d’ondes radio pour extraire le signal (musique ou émission) de la fréquence sélectionnée.

Ce détecteur est une diode au germanium.

Pour amplifier le signal, vous pouvez utiliser un circuit intégré spécial, l’amplificateur de puissance audio LM386, ainsi que quelques résistances, des condensateurs et une pile.

Enfin, il vous faut un haut-parleur pour écouter le signal amplifié.

La figure 14-1 présente le schéma fonctionnel de votre montage.

Un tuner fait maison

Dans cette section, vous allez fabriquer votre propre inductance et votre propre condensateur variable.

Ces composants fonctionnent ensemble pour accorder une fréquence spécifique.

Voici le matériel nécessaire :

Une bobine de fil magnétique de calibre 24 (15 mètres minimum)

Le fil magnétique est un fil de cuivre recouvert d'une très fine couche d'émail isolant (voir figure 14-2).

Ne vous fiez pas à son apparence : il ne s'agit pas de fil de cuivre nu, même s'il est aussi brillant que du métal.

Deux fils conducteurs de 30 cm

Un rouleau de papier toilette vide

Un rouleau d'essuie-tout vide

Un petit morceau de papier de verre à grain moyen ou gros (40 à 80)

Du papier aluminium

Une feuille de papier blanc (type papier d'imprimante)

Du ruban adhésif transparent (type ruban d'emballage cadeau)

Fabriquer un inducteur

Pour fabriquer votre inducteur, il vous faut simplement le rouleau de papier toilette, le fil magnétique, le papier de verre, du ruban adhésif et beaucoup de patience.

Suivez ces étapes :

1. Commencez à environ 2,5 cm d'une extrémité du rouleau de papier toilette.

2. Maintenez le fil magnétique contre le rouleau de papier toilette avec votre pouce, en laissant environ 25 cm de fil magnétique libre. (Voir figure 14-3.)

3. Enroulez le fil magnétique autour du rouleau, en le maintenant en place avec votre pouce et en comptant le nombre de tours. (Voir figure 14-4.)

Assurez-vous que chaque tour de fil repose à plat contre le rouleau de papier toilette et soit aussi près que possible des tours précédents. Évitez de plier le fil ou de superposer les tours.

4. Après avoir enroulé 5 à 10 tours de fil, utilisez du ruban adhésif pour fixer le fil contre le rouleau de papier toilette.
(Voir figure 14-5.)

5. Continuez à enrouler le fil, comme indiqué sur la figure 14-6, jusqu'à avoir compté 100 tours.

Il peut être nécessaire d'ajuster périodiquement le fil pour s'assurer que les spires sont bien serrées, sans chevauchement ni nœud.

6. Fixez les 100 spires de fil contre le rouleau de papier toilette à l'aide de ruban adhésif.

7. Coupez l'extrémité du fil à environ 25 cm après la dernière spire.

Vous devriez avoir environ 25 cm de fil libre à chaque extrémité des 100 spires.
(Voir figure 14-7.)

8. Poncez environ 2,5 cm de la couche d'émail à chaque extrémité de votre bobine.

Pliez votre papier de verre sur une extrémité du fil et frottez-le d'avant en arrière en le pressant contre le fil, jusqu'à ce que le cuivre sous l'émail soit exposé.

Répétez l'opération pour l'autre extrémité du fil. (Voir figure 14-8.)

En exposant l'âme en cuivre à chaque extrémité du fil, vous pouvez connecter votre inductance à votre circuit.

En laissant l'émail sur le reste du fil, vous empêchez les spires de se court-circuiter.

Cette simple bobine de fil joue un rôle important dans le réglage de votre radio.

Fabriquer un condensateur variable

L'autre composant de votre tuner radio est un condensateur variable.

Prenez un rouleau d'essuie-tout, du papier aluminium, du papier, deux fils conducteurs de 30 cm et du ruban adhésif.

Suivez ensuite ces étapes pour fabriquer votre condensateur variable :

1. Découpez soigneusement deux morceaux de papier aluminium d'environ 14 cm sur 16,5 cm chacun. (Voir figure 14-9.)

La feuille d'aluminium doit être aussi lisse que possible.

2. Fixez le côté de 14 cm (5 1/2 po) d'une feuille d'aluminium à une extrémité du rouleau d'essuie-tout, comme illustré à la figure 14-10.

3. Enroulez le papier aluminium autour du rouleau d'essuie-tout et fixez l'extrémité libre avec du ruban adhésif.

Lissez le papier aluminium au fur et à mesure que vous l'enroulez. Les deux extrémités doivent se chevaucher.
(Voir figure 14-11.)

4. Découpez un morceau de papier uni de 14,6 x 15,2 cm (5 3/4 x 6 pouces).

5. Placez le deuxième morceau de papier aluminium sur le papier comme suit :

a. Sur trois côtés, assurez-vous que le papier reste visible sous le papier aluminium.

b. Sur le quatrième côté, assurez-vous que le papier aluminium dépasse du bord du papier d’environ 1,3 cm (1/2 pouce).

c. Fixez le papier aluminium au papier avec du ruban adhésif sur trois côtés.

d. Assurez-vous qu’une extrémité du papier aluminium dépasse du bord du papier.
(Voir figure 14-12.)

6. Enroulez le rouleau d'essuie-tout avec le papier aluminium :

a. Ne fixez pas le papier aluminium au rouleau avec du ruban adhésif.

Enroulez-le plutôt autour du rouleau de manière à ce qu'il recouvre la partie intérieure du rouleau. (Voir figure 14-13.)

b. Laissez le papier aluminium légèrement lâche afin de pouvoir le faire glisser le long du rouleau.

c. Fixez le bord du papier aluminium qui dépasse avec du ruban adhésif. (Voir figure 14-14.)

Assurez-vous de pouvoir faire glisser l'ensemble papier-aluminium de haut en bas, mais veillez à ne pas trop le faire glisser.

S'il dépasse la feuille intérieure, vous risquez de la déchirer en faisant glisser l'ensemble dans l'autre sens.

Les deux couches de papier-aluminium doivent toujours se chevaucher légèrement.

7. Fixez des fils de connexion aux deux extrémités du condensateur variable, comme illustré sur la figure 14-15
(mes fils de connexion sont repliés pour tenir sur la photo).

a. Fixez l'extrémité dénudée d'un fil de connexion de 30 cm à une extrémité du condensateur, de sorte que le fil nu soit en contact avec la feuille métallique.

b. Fixez l'extrémité dénudée d'un autre fil de connexion de 30 cm à l'autre extrémité du condensateur.

Ensemble, votre inductance et votre condensateur variable joueront le rôle de l'accordeur dans votre circuit radio.

Vous pouvez coller votre inductance et votre condensateur variable à chaud sur un morceau de carton ou un grand couvercle en plastique pour faciliter leur manipulation lors de la construction de votre circuit amplificateur radio. (Voir figure 14-16.)

Découvrez votre détecteur de signal radio

La diode au germanium 1N34A illustrée à la figure 14-17 sert de détecteur dans votre récepteur radio.

Comme toutes les diodes, la 1N34A ne laisse passer le courant que dans un seul sens (de l'anode à la cathode) et nécessite une certaine tension pour conduire le courant.

Fabriquée en germanium, cette diode nécessite une tension inférieure à celle des diodes en silicium utilisées dans le projet 13.

Le faible signal radio oscille autour de 0 volt.

La diode 1N34A bloque la partie basse de chaque oscillation, car le courant ne circule que dans un seul sens.

Ainsi, lorsque le signal radio traverse la diode, seule la partie haute parvient à destination.

Cette partie du signal véhicule les informations importantes (parole ou musique) transmises par la station de radio.

L'amplificateur audio LM386

La figure 14-18 présente un circuit intégré à 8 broches appelé LM386, un amplificateur de puissance audio basse tension.

Ressemble-t-il au circuit intégré 555 utilisé dans les projets 8-13 ?

Bien que ces deux puces se ressemblent, leur fonctionnement est différent.

Le LM386 amplifie les signaux audio (c'est-à-dire le son).

Pour utiliser le LM386, connectez un signal audio entre ses broches d'entrée (broches 2 et 3), alimentez-le avec une batterie entre les broches 4 et 6, et connectez quelques résistances et condensateurs aux autres broches.

Résultat : un signal d'entrée amplifié à la sortie (broche 5).

En connectant un haut-parleur à la sortie, vous pouvez entendre le son amplifié.

C'est aussi simple que cela.

Dans ce projet, vous utiliserez le LM386 pour amplifier votre signal radio et ainsi pouvoir l'écouter.

Ajoutez également un potentiomètre près de l'entrée du circuit intégré pour le contrôle du volume.

Composants nécessaires

Rassemblez tous les composants de la liste suivante :

Un breadboard, entièrement nue

Pile 9 V avec clip

Un interrupteur unipolaire à deux positions (SPDT)

Condensateur variable fait maison (avec fils)

Inductance faite maison

Un circuit intégré amplificateur de puissance audio LM386

Une diode au germanium 1N34A

Condensateurs :

• Un condensateur disque céramique de 0,047 µF (non polarisé)

• Un condensateur disque céramique de 2 200 pF (non polarisé)

• Un condensateur film de 0,1 µF (non polarisé)

• Deux condensateurs électrolytiques de 10 µF (polarisés)

• Un condensateur électrolytique de 220 µF (polarisé)

Une résistance de 10 Ω

Une résistance de 10 kΩ

Un potentiomètre de 100 kΩ (de préférence DIP audio ou logarithmique, mais un potentiomètre linéaire convient également) avec trois fils

Un haut-parleur de 8 Ω, ainsi que les éléments suivants :

• Deux fils rigides de calibre 22 (environ 5 cm) avec extrémités dénudées

• Deux mini-pinces crocodiles isolées Fils de connexion de 5/16 pouce (minimum)

Un fil de connexion de 3/8 pouce (minimum)

Un fil de connexion de 6 pouces

Deux longs fils (environ 5 pieds) avec extrémités dénudées

Un câble de connexion de 14 pouces avec pinces crocodiles

La figure 14-19 montre toutes les pièces à l'exception de la plaque d'essai et des fils de connexion de 5 pieds de long.

Une fois tous vos composants réunis, vous serez prêt à construire votre radio et son amplificateur.

Commencez par monter l'amplificateur sur une plaque d'essai sans soudure.

Ensuite, connectez l'antenne, le tuner et le détecteur à l'entrée de l'amplificateur.

Choisissez un espace de travail adapté.

Pour que votre récepteur radio fonctionne, votre circuit doit être relié à la terre.

Il est donc conseillé de le construire à environ 1,5 mètre d'une prise de terre.

Certains objets de votre maison, comme les radiateurs métalliques, les robinets métalliques et les tuyaux en cuivre, sont électriquement reliés à la terre extérieure.

Ces objets servent de prises de terre.

Mon espace de travail se trouve dans une pièce non aménagée de mon sous-sol.

Des tuyaux en cuivre courent au plafond, maintenus en place par des supports en cuivre.

Je peux facilement fixer une pince crocodile à l'un de ces supports et l'utiliser pour connecter un fil à mon circuit.

Construisez votre amplificateur

Suivez ces étapes pour construire votre circuit d'amplificateur audio :

1. Ajoutez un interrupteur d'alimentation à votre breadboard
(voir figure 14-20).

Pour ce projet, connectez uniquement la borne positive de la batterie à l'interrupteur d'alimentation.

N'utilisez pas le rail d'alimentation négatif pour connecter la borne négative de la batterie en raison de la sensibilité du circuit. (Vous connecterez les deux bornes de la batterie au circuit ultérieurement.)

a. Commencez avec une plaque d'essai sans soudure complètement nue.

b. Insérez un interrupteur SPDT dans les trous 2h, 3h et 4h de la plaque d'essai.

c. Insérez un fil de connexion de 8 mm (minimum) entre le trou 3j et le rail d'alimentation positif à droite de la rangée 3.

d. Éteignez l'interrupteur d'alimentation (glissière orientée vers la rangée 60).

2. Insérez la puce d'amplificateur audio LM386 dans le breadboard.

a. Orientez le circuit intégré LM386 de façon à ce que le repère d'horloge soit situé dans le coin supérieur gauche
(voir figure 14-21, à gauche).

b. Placez la puce sur les trous 15-18e (côté gauche) et 15-18f (côté droit), en alignant les broches d'angle comme suit :

broche 1 dans le trou 15e, broche 4 dans le trou 18e, broche 5 dans le trou 18f et broche 8 dans le trou 15f.

c. Appuyez doucement sur le corps de la puce jusqu'à ce que les broches soient bien insérées dans les trous de contact.
(Voir figure 14-21, à droite.)

3. Insérez un condensateur électrolytique de 10 μF dans le breadboard.

Coupez les pattes du condensateur à environ 16 mm (5/8 pouce).

Insérez ensuite la borne négative (repère « moins » ou bande noire) dans le trou 15g et la borne positive dans le trou 15d.
(Voir figure 14-22.)

En connectant ce condensateur entre les broches 1 et 8 du circuit intégré LM386, vous augmentez le gain de l'amplificateur de 20 à 200.

4. Insérez le condensateur disque céramique de 2200 pF dans le breadboard.

Coupez les pattes du condensateur à environ 6 mm (1/4 pouce).

Insérez ensuite une patte dans le trou 16d et l'autre dans le trou 17d. (Voir figure 14-23.)

5. Insérez un fil de connexion d'au moins 8 mm (5/16 pouce) dans le breadboard.

Branchez une extrémité du fil dans le trou 16a et l'autre extrémité sur le rail d'alimentation négatif situé à gauche de la rangée 16. (Voir le fil orange sur la figure 14-24.)

Ce rail d'alimentation négatif permet de connecter plusieurs points du circuit, mais ces points ne sont pas reliés à la batterie.

6. Insérez une résistance de 10 kΩ (marron-noir-orange) dans le breadboard.

Coupez les pattes de la résistance.

Branchez ensuite une extrémité de la résistance dans le trou 13c et l'autre extrémité dans le trou 17c. (Voir figure 14-25.)

7. Insérez un condensateur à film de 0,1 μF dans le breadboard.

Coupez les pattes du condensateur à environ 16 mm (5/8 pouce). Branchez ensuite une extrémité dans le trou 18d et l'autre dans le trou 17g. (Voir figure 14-26.)

8. Insérez un fil de connexion d'au moins 9,5 mm (3/8 pouce) dans le breadboard.

Branchez une extrémité dans le trou 18c et l'autre dans le trou 22c.

(Voir figure 14-27.)