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

Publié par MountasserBillah On 01:10



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 quelques années seulement, pour réaliser un amplificateur de ce genre, à relier à la sortie 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 sortie.
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 parfaite les circuits d’accord.
Conséquence : il arrivait parfois que l’amplificateur se mette à auto-osciller de façon inexpliquée après un bref temps de fonctionnement, ce qui entraînait la “mort” 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 suffit d’appliquer quelques milliwatts seulement sur leur entrée pour obtenir une puissance importante à leur sortie. Si vous disposez d’un tel module hybride, il vous faudra résoudre des problèmes que vous n’avez jamais rencontrés auparavant.
En effet, 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 sortie.
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 :


Fréquence de fonctionnement ........................ 135-160 MHz
Tension maximale sur les broches 2-4 ............... 15 volts
Tension maximale sur la broche 3 ................... 6 volts
Consommation maximale .............................. 2,5 ampères
Puissance maximale en entrée ....................... 0,04 watt
Impédance d’entrée et de sortie .................... 50 ohms
Température de fonctionnement ...................... –30 à +100° C
Gain en puissance .................................. 25 dB

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 sortie nous obtenons :

0,03 x 316 = 9,48 watts


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

puissance d’entréepuissance de sortie
6 milliwatts1,58 watt
10 milliwatts3,16 watts
16 milliwatts4,74 watts
20 milliwatts6,32 watts
26 milliwatts7,90 watts
30 milliwatts9,48 watts
36 milliwatts11,0 watts


Il existe également une autre donnée qui varie en rapport 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 sortie d’un émetteur/récepteur. Ainsi, en émission, le signal HF présent sur la sortie de l’émetteur doit entrer dans l’amplificateur et doit ensuite être prélevé sur la sortie 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.

Figure 1 : Schéma théorique d’un amplificateur utilisant des transistors amplificateurs HF. Après avoir calculé la valeur de toutes les inductances et des condensateurs d’accord, il est nécessaire de régler de façon parfaite chaque étage, car si un de ceux-ci auto-oscille, tous les transistors seront détruits en peu de temps.


Figure 2 : En utilisant le module amplificateur à large bande M.577632/L de chez Mitsubishi, on peut amplifier une fréquence comprise entre 135 et 160 MHz sans avoir de réglage à effectuer. Sur la figure de gauche, nous représentons son brochage et sur celle de droite, le schéma synoptique interne fourni par le fabricant.

Figure 3 : Schéma électrique de l’amplificateur de 10 watts pour le 140-146 MHz. Si nous appliquons sur l’entrée des signaux supérieurs à 40 milliwatts, nous devrons les atténuer avec un atténuateur en «π» formé par les résistances R15, R16 et R17. Dans le tableau (voir texte), nous avons reporté la valeur des résistances à utiliser en fonction de la puissance injectée à l’entrée.

Liste des composants de l’amplificateur LX.1418
R1 : 3,9 kΩ
R2 : 22 kΩ
R3 : 22 kΩ
R4 : 3,9 kΩ
R5 : 150 kΩ
R6 : 150 kΩ
R7 : 100 Ω
R8 : 100 Ω
R9 : 1 kΩ
R10 : 10 kΩ
R11 : 10 kΩ
R12 : 1 MΩ
R13 : 10 kΩ
R14 : 22 kΩ
R15 : voir tableau
R16 : voir tableau
R17 : voir tableau
R18 : 120 Ω 1/2 W
C1 : 10 nF céramique
C2 : 10 nF céramique
C3 : 10 nF céramique
C4 : 10 nF céramique
C5 : 10 nF céramique
C6 : 100 nF céramique
C7 : 10 nF céramique
C8 : 100 nF céramique
C9 : 47 μF électrolytique
C10 : 100 nF céramique
C11 : 10 nF céramique
C12 : 100 nF céramique
C13 : 10 nF céramique
C14 : 100 nF céramique
C15 : 10 nF céramique
C16 : 100 nF céramique
C17 : 10 nF céramique
C18 : 100 nF céramique
C19 : 10 nF céramique
C20 : 39 pF céramique VHF
C21 : 39 pF céramique VHF
C22 : 100 μF électrolytique
L1-L2 : Self en strip-line
L3 : voir texte
L4 : voir texte
L5 : voir texte
JAF1 : Self 10 μH
JAF2 : Self VK 200
JAF3 : Self VK 200
JAF4 : Self VK 200
DS1 : Diode Schottky 1N5711
DS2 : Diode Schottky 1N5711
DS3 : Diode 1N4148
DS4 : Diode 1N4007
DS5 : Diode BY255
DZ1 : Diode zener 4,7 V 1 W
TR1 : Transistor NPN BC547
IC1 : Circuit intégré LM358
IC2 : Module hybride Mitsubishi M.57732/L
RL1 : Relais 12 V 1 RT
RL2 : Relais 12 V 1 RT

Note : toutes les résistances sont des 1/4 W, sauf spécification contraire.

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 sortie 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 sortie de l’émetteur sur la broche 1 du module IC2 et le relais 2 connecte l’antenne sur la broche de sortie 5.
En regardant le circuit de détection, certains 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 sortie, 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 sortie, nous retrouvons une tension de :

(150000 : 3 900) x (0,3 – 0,3) = 0 volt


Lorsque, sur l’entrée du module, nous appliquons le signal HF prélevé de la sortie 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 sortie de l’amplificateur opérationnel IC1/A, nous retrouverons une tension positive de :

(150000 : 3 900) 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 sortie, 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.
Comme vous pouvez le voir sur le schéma électrique, avant d’atteindre la broche d’entrée 1 du module, nous avons fait passer le signal HF prélevé à la sortie de l’émetteur ou du VFO, à travers un atténuateur à résistances (voir les résistances R16, R15 et R17 dans le rectangle jaune), car nous savons qu’il ne faut pas appliquer au module une puissance supérieure à 0,04 watt.
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.


puissance entréevaleur de R16valeur de R15-R17atténuation de puissance
50 mW12 ohms390 ohms2,2 dB
60 mW18 ohms270 ohms3,0 dB
70 mW22 ohms220 ohms3,7 dB
80 mW27 ohms220 ohms4,3 dB
90 mW27 ohms180 ohms4,8 dB
100 mW33 ohms180 ohms5,3 dB
125 mW39 ohms150 ohms6,2 dB
150 mW47 ohms120 ohms7,0 dB
200 mW56 ohms120 ohms8,3 dB
250 mW68 ohms100 ohms9,2 dB
300 mW75 ohms100 ohms10,0 dB
350 mW82 ohms100 ohms10,7 dB
400 mW82 ohms82 ohms11,3 dB
450 mW90 ohms82 ohms11,8 dB
500 mW95 ohms82 ohms12,2 dB
550 mW100 ohms82 ohms12,7 dB
600 mW110 ohms82 ohms13,0 dB
650 mW120 ohms82 ohms13,4 dB
700 mW120 ohms75 ohms13,7 dB
750 mW120 ohms68 ohms14,0 dB
800 mW130 ohms68 ohms14,3 dB
900 mW140 ohms68 ohms14,8 dB
1,0 Watt150 ohms68 ohms15,3 dB
1,5 Watt180 ohms68 ohms17,0 dB
2,0 Watts220 ohms68 ohms18,3 dB



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 sortie 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.
De la broche de sortie 5, nous prélevons nos 10 watts, lesquels, avant de rejoindre le relais 2 et l’antenne, passent à travers un filtre passe-bas composé des trois bobines L3, L4 et L5 et des deux condensateurs céramiques C20 et C21.
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

Figure 4 : Par curiosité nous avons ouvert un de ces modules. Sur cette photo, vous pouvez donc voir le module hybride déshabillé !

Figure 5 : Photo de l’amplificateur vu du côté des composants. Sur la face opposée de cette platine, sera monté un gros radiateur dont le montage est donné en figures 7 et 8. Il servira à dissiper la forte chaleur générée par le module IC2.

Figure 6 : Schéma d’implantation des composants de l’amplificateur. Dans le montage, vous devez respecter impérativement la polarité de toutes les diodes au silicium et de la diode zener DZ1. Les deux prises d’entrée et de sortie peuvent être reliées au circuit avec deux courts morceaux de câble coaxial de 50-52 ohms. En bas, nous avons représenté le nombre de spires et les dimensions en millimètres des deux bobines L3 et L5 et de la bobine L4.

Figure 7 : Après avoir posé le module IC2 sur le radiateur, montez, sur chacun de ses côtés, les deux écarteurs en aluminium usiné.

Figure 8 : Avant de fixer le module sur le radiateur, vous devrez plier ses broches en forme de "L", puis de nouveau les plier en "L" pour les souder sur les pistes du circuit imprimé.

Prenez à présent le dissipateur de chaleur et, sur celui-ci, installez le module non sans avoir replié toutes ses broches en “L” vers le haut.
Sur les deux ailettes latérales du module, appuyez les deux écarteurs en aluminium (voir figure 7) et fixez, sur le dissipateur, le module et le circuit imprimé à l’aide de deux vis en acier, en serrant fermement les écrous de façon à ce que toute la surface métallique du module appuie uniformément sur la surface radiateur.
Les broches de sortie du module, que nous avons pliées en "L", sont à présent pliées de nouveau en "L" sur le circuit imprimé afin de pouvoir les souder sur les 5 pistes en cuivre.
Maintenant, entre les pistes qui sont situées devant les broches 2, 3 et 4 et les pistes de masse qui séparent ces pistes, soudez les condensateurs céramiques C14 à C19 en prenant soin de raccourcir leurs pattes au maximum.
Pour compléter le montage, il faut insérer les bobines L3, L4 et L5 ainsi que les condensateurs céramiques pour HF C20 et C21 du filtre passe-bas.
Il vous faut fabriquer vous-même ces bobines, cette étape est on ne peut plus simple, comme vous allez voir.
Pour cela, nous allons vous indiquer leurs caractéristiques.
Bobine L3-L5 = sur un support de diamètre de 8 mm (queue de foret), bobinez deux spires jointives en utilisant du fil de cuivre argenté de 1 mm. Après les avoir bobinées, il faut écar ter les deux spires de façon à obtenir une bobine de 5 mm de long environ.
Bobine L4 = sur un suppor t de diamètre 8 mm, bobinez 3 spires jointives en utilisant du fil de cuivre argenté de 1 mm. Après les avoir bobinées, il faut écarter les trois spires de façon à obtenir une bobine de 7 mm de long environ.
Les deux bobines L3 et L5 sont montées dans le sens horizontal par rapport au circuit imprimé. Par contre, la bobine L4 est montée à 90 degrés (voir figure 6).
Entre les bobines L3 et L4 et entre les bobines L4 et L5, soudez les deux condensateurs HF céramiques C20 et C21 d’une capacité de 39 pF chacun.
La réalisation de l’amplificateur sera terminée après avoir inséré le circuit intégré IC1 dans son support en orientant son repère vers la droite.
Cet amplificateur peut être enfermé dans un coffret soit métallique soit en plastique. Pour connecter les deux prises BNC d’entrée et de sortie aux pistes du circuit imprimé, utilisez deux petits morceaux de câble coaxial de 50-52 ohms.

Derniers conseils
Sur l’entrée de cet amplificateur, vous ne devez appliquer qu’un signal HF modulé en fréquence. Il ne faut pas relier sur l’entrée un émetteur modulé en amplitude, car vous pourriez endommager irrémédiablement le module.
Avant de passer en émission, vous devrez avoir relié à l’appareil le câble coaxial allant à l’antenne ou une charge fictive de 50-52 ohms.
Ce montage ne nécessite aucun réglage, dès que vous appliquez un signal HF sur l’entrée, vous obtenez, sur la sortie, une puissance proportionnelle à celle que vous avez appliquée sur l’entrée.
Pour alimenter cet amplificateur, utilisez une tension stabilisée de 12 volts sous 2,5 ampères environ.

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