Réglages de mon émétteur FM

Date : Jeudi 07 janvier 2016 @ 13:36:22 :: Sujet : Projets électronique

Dans cet article je vous propose de suivre le réglage de mon émétteur FM stéréo, plus particulièrement du codeur stéréo, il s'agit là d'une pièce maitresse dans un emetteur stéréo (comme son nom l'indique). C'est lui qui assure la création du signal multiplex à partir des signaux audio droits et gauche. L'essentiel de mon codeur stéréo repose sur des Amplificateurs Opérationels (AOP) de base : TL084, TL082 et un circuit spécialisé AD633. Au fil de cet article je vous propose aussi de comprendre le fonctionnement de la diffusion en stéréo. La suite par ici ...



Pour commencer, il faut bien comprendre le rôle d'un codeur stéréo, ce dernier est chargé de générer en sortie un signal Multiplex (MPX), composé de la façon suivante :


Tech%20F5[1].jpg
Représentation spectrale avec des gabarits d'un signal multiplex

Nous avons donc :

- De 0 à 15Khz le signal destiné au récepteurs monophoniques (mélange des pistes D+G)

- A 19KHz, la porteuse pilote

- De 23KHz à 53KHz (avec annulation de la porteuse à 38KHz) les signaux des voies droites et gauches.

- Autour de 57Khz, le signal généré par un codeur RDS (servant à afficher le nom de la station sur un récepteur doté de cette technologie).

 

Pour parvenir à ce résultat, il faut passer par plusieurs étapes, en voici un petit synoptique :

 

codeurs.png

 

Commençons par le haut, sur chaque voie audio se trouve un système de préaccentuation, le rôle de cette partie est d'améliorer le rapport signal/bruit pours les "hautes fréquences" du signal audio, car lors de la modulation, les fréquences hautes du signal audio seront plus atténués que les basses fréquences, les fréquences superieures à 1Khz sont donc amplifiés par ce système.

Ensuite les voies droites et gauches sont mélangés dans un même signal (G+D), avec un analyseur de spectre, ce signal serait compris entre 0 et 15Khz (un filtre passe bande est utilisé en amont du codeur stéréo pour empécher que le signal audio interfère avec la porteuse pilote 19Khz)

Ces mêmes voies sont aussi soustraites pour former le signal (G-D) ce signal est ensuite modulé en amplitude au rythme d'une horloge 38KHz.

Passons maintenant aux signaux d'horloge, le codeur stéréo reçoit des singnaux carrés de 38Khz et de 19Khz, ces signaux sont ensuite filtrés pour ne garder que le fondamental et ainsi obtenir un sinus. Le système possède aussi un réglage de phase du signal 19KHz (accord avec 38KHz). Ces signaux proviennent d'un oscillateur à quartz asservi à l'aide d'une boucle à vérouillage de phase.


Afin de réaliser les opérations précédament décrites, je vous propose le schéma suivant :


Codeur_bricolo.png

Pour les essais du circuit, les essais ont étés réalisés avec, sur la voie gauche : Signal Sinus 1KHz @2V et sur la droite : Signal Sinus 2KHz @1V

En sortie après un passage à la FFT, on obtient le spectre suivant :

spectreMPX.png

Remarque : Le signal du codeur RDS n'apparait pas sur ce spectre, il sera ajouté après passage dans ce fameux codeur (plus tard).

Il convient maintenant de détailler chaque partie du schéma :

1) La création des signaux G-D et G+D :

Stereo1.png

L'AOP utilisé ici est un TL084 (quadruple) l'opération de préaccentuation est réalisé autour de U1:A et U1:B, l'opération de soustraction est réalisé par U1:D et la somme est réalisé par U1:C.

2) Conversion et filtrage des signaux 38KHz et 19Khz

Stereo2.png

Le filtrage des signaux est réalisé autour de U3:A et U3:B pour le signal 38Khz destiné au modulateur d'amplitude (le circuit AD633) et autour de U4:A et U4:B pour le signal 19KHz. Le potentiomètre RV2 permet de régler l'intensité de ce signal 19KHz (notre signal pilote).

3) Réglage de la phase 19KHz

Stereo3.png

Cette partie permet le réglage de la phase 19KHz/38KHz, un mauvais réglage se traduirait par une mauvaise qualitée audio lors de la réception : En effet, lors de la réception, cette porteuse pilote 19kHz va permettre de reconstituer le signal 38kHz qui sera lui même utilisé pour décoder les voies audio D et G, sans une bonne relation de phase entre ces deux signaux, impossible d'effectuer correctement cette opération. On remarque aussi l'utilité du circuit précédent, aucune harmonique autour du signal 19KHz, super !

4) Modulation du signal G-D au rythme du signal 38KHz et mélange des signaux

Stereo4.png

Le signal G-D est modulé par U2, les sginaux G+D, G-D(38) et le pilote 19Khz sont mélangés et amplifiés par U5.

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A Présent, quelques tests réalisés sur mon emetteur FM (équipé de ce codeur stéréo), les mesures ont étés réalisés par un oscilloscope DS1102D (Bande passante : 100MHz).

Pour réaliser ces essais, j'ai utilisé un générateur de fonctions, deux sinusoïdes, une à 500Hz (1Vrms) et une autre 1KHz (1Vrms à peu près aussi) :

NewFile14.jpgNewFile16.jpg

Et voila à présent les signaux 19KHz et 38Khz en provenance de l'oscillateur carré à quartz verouillé par une PLL.

19K.jpg38K.jpg

Voilà l'allure de ces signaux après passage dans les filtres :

19KSIN.jpg38KSIN.jpg

Les singaux G+D et G-D :

SingAB.jpgSignAB2.jpg

Et enfin le signal MPX en sortie du codeur :

MPX2.jpgMPX.jpg

Le spectre n'est pas spécialement propre, il est obtenu par FFT.


Pour la suite, je travaille actuellement sur un moyen de superviser le fonctionnement de cet émétteur radio, on pourrait par exemple envisager de pouvoir modifier le niveau d'entrée des signaux, sélectionner la source audio (XLR, Jack, RCA...) ou encore de désactiver la diffusion stéréo (supression 19kHz et 38kHz) et pourquoi pas de surveiller des paramètres du modulateur FM ? (PLL vérouillée, T° du transistor RF de sortie, ROS ? ...)

Pourquoi ne pas utiliser un .... Minitel !

Minitel !

Les minitels 1B possèdent une liaison série qu'il est possible d'exploiter pour afficher des informations, en mode graphique ou texte... Il est également possible de récupérer ce qui est tapé au clavier !

Voilà par exemple le genre de chose qu'il serait possible de réaliser :

Minitel 2 !

Effet rétro GA-RAN-TI ! Mais c'est toujours mieux qu'un écran LCD ou TFT, même en couleur ! (D'ailleurs, si le rétro vous intéresse, n'hésitez pas à aller consulter cet article sur la restauration d'un oscilloscope à lampes)

Et pour finir, quelques photos de l'interieur... Il est vrai qu'un boitier en bois n'est pas forcément très recommandé pour ce genre d'appareil, on préfèrera un boitier métallique, mais pour l'instant celui-ci fera l'affaire !)

Le boitier est découpé en deux étages, celui visible ci-dessus permettra d'installer de nouvelles cartes en cas d'amélioration ou d'ajout de nouvelles fonctionnalités. On retrouve aussi la distribution des alimentations, les cables n'étaient pas encore très bien rangés, maintenant, tout est regroupé dans des petites gaines ce qui donne un aspect BEAUCOUP plus propre !

Encores quelques réglages ... (Spetre du signal MPX affiché sur l'oscilloscope)

Des photos diverses et variés : l'interieur du boitier, les cartes électroniques, leur fabrication...

Le codeur stéréo au millieu des cables mal rangés Les entrées audio à l'arrière : RCA, JACK 6.35mm et XLR L'oscillateur à quartz fournissant le 19kHz et le 38kHz
Les cartes avant leur installation dans le boitier L'oscillateur, l'alim, le codeur stéréo et le Vu-mètre en cours
de fabrication (pose des composants + soudure)
Le désymétriseur tout juste sorti de son bain de soude
(fabrication des cartes par méthode chimique)
Avant l'insolation par UV : Le typon et la plaque d'époxy Sérigraphie de certaines cartes avec une technique très peu
onéreuse : imprimante laser + fer à repasser !
Perçage des trous dans la plaque d'époxy.







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