Projet perso construction d'un récepteur RF

Bonjour à tous,
Suite à l'impulsion donnée par F6BCU, F5TYH et F5GF qui redimensionne un PA je me lance à mon tour et j'espère que j'arriverai au bout sans abandonner ou perdre ma motivation !

Mon objectif est double, le premier est d'expérimenter et d'apprendre l'électronique radiofréquence ses techniques et ses astuces car je ne l'ai quasiment jamais pratiqué mais en réception uniquement puisque je n'ai pas de licence. J'ai donc besoin de toute votre expertise Le second est de vous faire profiter de ce que j'ai appris de mon expérience en conception électronique analogique/numérique, en routage de pcb et en CEM dans cette société https://www.teledynegasandflamedetection.com/fr/d%C3%A9tecteurs-gaz (mesure de courant faible, technique faible bruit, phénomène physique très lent à l'inverse de la radio.) J'ai conçu seul et en équipe certains de leurs produits.

J'essayerai autant que faire se peut d'expliquer mes choix technologiques de composants et de structures, à quoi ils servent, comment je les ai dimensionné, ce que j'ai regardé dans leurs datasheets quand se sera utile mais sans entrer dans la grande théorie. Du pratique : les équations principales sans la démonstration et une méthodologie.

Ce sujet va s'étaler dans le temps car je dois apprendre, réapprendre des choses, acheter un peu de matériel. L'objectif étrange est que je me plante le plus possible pour apprendre car c'est comme ça que ça fonctionne


A bientôt,
Vincent

salut vincent
bonne bidouille au passage quel sera la bande de frequence et le mode bon pour le mode je pense a la blu
toujours pour la realisation et de faire partage ton prototype si possible avec schema ça serait sympa de ta par de faire partage au copain

Bonjour Cyril,
Pour une première je vais commencer par quelque chose de simple. D'abord il faut que je choisisse une gamme de longueur d'ondes où il y a du trafic pour que je puisse constater quelque chose (si toi ou quelqu'un d'autre à une proposition je suis preneur) et oui je partirai sur de la BLU.

Je partagerai tout ; schéma et aussi comment j'ai calculé les composants.

J'ai aussi un peu de matos à acheter.

A+

salut vincent
pour info je suis parti pour debute sur un recepteur 40m (mamangava 2jr de py2bbs)
https://www.py2bbs.qsl.br/mamangava2jr.php

apres j ai commence le mfj 8100 clone jamais fini
https://www.google.com/search?q=mfj+8100+clone&client=firefox-b&source=lnms&tbm=isch&sa=X&ved=2ahUKEwiphcrsyuzuAhXiyYUKHQ1LAmQQ_AUoAnoECA8QBA&biw=1024&bih=646

pour finir il y a le recepteur 3 bandes de f6bqu que j ai commence aussi mais jamais fini (toujours de nouvelle bidouille ou projet et certain ne sont jamais fini lol )

http://lpistor.chez-alice.fr/rx3bds.htm

73/51 bonne bidouille

Bonsoir,
Merci pour ses infos, en effet l'idée de partir de quelque chose d'existant est bien aussi pour expérimenter mais mon idée était plutôt d'entrer dans une démarche de conception.


Je donnerai bientôt le synoptique.

A+

Bonjour,
Je n'ai pas encore assez d'expérience en radio pour commencer par un synoptique, je vais donc travailler par blocs fonctionnels que je vérifierai et que j'assemblerai plus tard.

Je commencer ici par l'oscillateur : un VFO 6MHz ~ 6.35MHz

La feuille de route si je vais jusqu'au bout :

• Je me servirai du simulateur QucsStudio pour m'accompagner dans cette conception même si j'apprends à l'utiliser au rythme où j'avance.
  
• Toutes les fois où c'est possible/nécessaire, je ferai référence à de la littérature que j'ai en bibliothèque.
  
• Lors de la phase PCB j'essayerai de placer des doubles empreintes, notamment pour tester des alternatives ou une inductance faite maison versus une surmoulée.
  
• Je testerai mes montages pour les caractériser le plus possible pour vérifier si je n'ai pas fait de l'électronique qui tombe en marche
  

Voilà ce que je sais avant de démarrer :

• Pour que le coefficient de surtension du circuit résonnant ne soit pas malmené il faut qu'il soit connecté à une entrée de très forte impédance.
  
• Le signal d'excitation du circuit oscillant doit avoir une faible impédance et doit être en phase.
  
• Entre un transistor BJT et un JFET, le dernier a une impédance d'entrée bien supérieure et un bruit de plus en plus bas à haute fréquence.
  
• La chaleur sera un facteur de dérive ; avec le BJT plus la chaleur augmente et plus V_BE baisse ce qui augmente le courant de collecteur, avec un JFET c'est RDS qui va augmenter faisant baisser le courant de drain (le BJT est donc propice à l'emballement thermique contrairement aux transistors à effets de champs)
  
• La charge sur l'oscillateur sera un facteur de dérive.
  
• Les variations d'alimentations seront des facteurs de dérivent.
  
• Les capacités parasites du transistors et les tolérances des composants feront parties des incertitudes et de l'écart entre la simulation est la réalité.
  
• J'ai plusieurs choix quant à la polarisation du transistor mais j'en choisirai une qui stabilise le plus le point Q sur la droite de charge pour éviter les variations de tension.
  

A très vite.

Salut Vincent et 73.
Une petite question concernant le prototypage :
Attaqueras tu directement en PCB ou  ,comme je le fais, utiliseras tu des plaquettes "à trous" style veroboard.
le dessin du PCB n'intervenant qu'une  fois que le prototype fonctionne ?

Salut Luc,
C'est surement de la déformation professionnel mais je comptais faire le PCB directement. J'ai toujours fait comme ça en prévoyant le plus possible de débogage hardware (points tests pour les mesures, points de programmation par ajout de soudure pour les réorientations de pistes par exemple, double empreinte.) Souvent le premier jet morfle : piste coupée, fil a wrapper ici et là, des composants soudés en volant etc... ensuite je note toutes les modifs et je refais un PCB. Le coût de fabrication en Chine le permet.

Concernant les veroboard mon expérience en routage m'a montré que le PCB est le terrain idéal pour ruiner toute la conception, mais vraiment Je crains d'avoir de mauvaises surprises avec les veroboard car les possibilités de routage sont trop limitées. Je pense aux couplages capacitifs entre les rangées de trous, l'absence de plan de masse, si le cas se présente la difficulté de contenir la propagation de la chaleur du régulateur vers l'oscillateur et d'autres choses. J'aurai l'occasion d'écrire plusieurs choses là dessus car en technique faible bruit on est aussi confronté à ces problèmes ; par exemple quand on dit de mettre un oscillateur dans une boîte pour les courants d'air (lié à l'effet Seebeck) qui amène du bruit électronique, les boucles de masses, le routage en croisé (horizontal/vertical) entre les couches internes, la CEM (qui est un domaine bourré des croyances, légendes urbaines et de recettes de grand mère alors que c'est clairement un truc de radioamateur et ça repose sur des principes physique terre à terre), la stratégie de placement des composants, les lignes de garde, les pistes à impédance contrôlée, etc...


A+
Vincent

bonjour à tous et 73

Pour faire de la construction radioamateur récepteur, émetteur, transceiver etc...

simple ou complexe, analogique ou numérique, il existe une importante littérature théorique et pratique.

que ce soit des livres ou supports informatiques en français  ou entre-autres, les Handbooks de l'ARRL.

Mais vouloir innover en faisant appel à des analogies issues du domaine professionnel est une erreur.

Le schéma électronique de base est l'élément constitutif incontournable.

On peut alors discuter le même langage et se comprendre.

Bonjour Bernard,
Ce ne sont pas des analogies que je vais amener mais des applications réelles de la CEM, qui sont des phénomènes physiques que connaissent très bien les radioamateurs, appliquées aux PCB.

Je prends un exemple parmi d'autres ; quand en CEM, sur un PCB, on parle de couplage champ à boucle (champ causé par la proximité d'une antenne ou d'un câble qui subit une variation rapide de courant et boucle formée par des pistes de cuivre) le phénomène derrière est celui que vous utilisez avec les antennes loop. Si la boucle capte la composante magnétique du champ qu'elle génère alors une tension apparaît. J'en montrerai (parfois elles sont biens cachées) et j'expliquerai les solutions et les compromis.

Pour le schéma, il va arriver mais je n'en déposerai pas un tout fait en une fois. Je vais le faire avancer petit à petit (peut être pas composant par composant mais pas loin) afin de calculer tout ce qui compose ce schéma. Je le fais surtout pour moi même car autant je ne parts pas de zéro en électronique mais en radio, si. J'ai donc besoin de maîtriser ce que je conçois pour comprendre ce qui se passe si ça ne fonctionne pas ou mal en vrai.

A bientôt

Bonjour,

Pour le prototypage il y a plusieurs approches depuis le montage en l'air jusqu'au CI fini.
A mon avis en RF il est préférable de faire du montage en l'air propre sur plan de masse, avec blindages, type Manatthan que sortir un CI direct sans avoir testé le schéma électrique, mais si comme Vincent on maitrise bien le layaout et la CEM.
En effet un CI est fragile et il est souvent pas très facile d'aller remplacer un composant ou ajouter un composant, ajouter un point de test, alors qu'en montage prototype c'est plus facile. Je ne parle pas de breadboard car à mon avis c'est innapplicable en RF à cause des capas parasites de longueurs pas maitrisées, des couplages incontrolés.
Pour ce qui est de la simu j'ai vu que tu utilises Qucstudio qui est bien adapté à la RF. Attention car ce type de simulateur ne fonctionne pas trop mal en linéaire, mais nécessite d'avoir des bon modéles ce qui est très souvent la source des problémes en RF, aussi bien pour les actifs que les passifs.
73
Jean-Louis

Bonjour,
Allez c'est partie !

J'ai choisi le transistor JFET SMMBJT310LT1G de chez ON Semiconductor https://www.onsemi.com/pub/Collateral/MMBFJ309LT1-D.PDF et je suis allé chercher son modèle SPICE pour l'intégrer à QucsStudio. Dans la mesure du possible j'essayerai de me rapprocher des conditions qui ont permis de caractériser le composant dans la datasheet.

La toute première chose que je vais faire c'est le polariser correctement. Pour faire ça je vais d'abord lui faire sortir son courant de saturation en mettant la grille au 0V afin de me situer sur la courbe de transfert dans la datasheet. Quand un met la grille d'un JFET a 0V, le courant de drain I_D est égale au courant de drain dans la zone de saturation I_DSS (la zone de saturation d'un FET correspond à la zone linéaire des BJT.) Le simulateur me donne 56mA



Je me trouve donc sur cette courbe de transfert, en rouge. On voit là le problème des JFET et de leurs grandes disparités suivant le lot sur le quel vous tombez ou en fonction de la température. Les 3 courbes regroupées en bas correspondent aux caractéristiques des moins bons JFET SMMBJT310LT1G et les 3 du hauts aux meilleurs SMMBJT310LT1G.



Maintenant je vais trouver le point Q ce qui me permettra d'avoir la valeur de la résistance de source. Pour ça je vais me servir du même graphique et regarder le point de croisement entre la courbe bleue I_DSS pour un V_DS=10V. Cette courbe sert à trouver le V_GS(off) / 2, c'est à dire la moitié de la dynamique d'entrée. Dans l'image ci dessous si je mets une résistance de source de 2.1V/16mA = 131Ω alors je me retrouve au repos, avec un V_GS(off) (tension milieu) de environ -2V et le signal en entrée peut varier autour de ce -2V.
V_GS = 0V = courant de Drain à 50mA
V_GS = -3.8V courant de Drain à 0mA.

J'ai laissé volontairement le point Q des moins bons JFET SMMBJT310LT1G, le point V_GS(off) / 2 n'est plus de -2V mais de -1.25V et le courant de Drain va de 0mA à 25mA.



Voilà ce que donne le compilateur.
- Courant statique de drain 14.8mA
- V_GS = 1.93V
- La grille a été attaché au 0V par l'intermédiaire d'une résistance de 1 MΩ afin de pouvoir amener un signal.
- L'impédance d'entrée du JFET seul est égale à V_(BR)GSS / I_GSS soit 25V / 1nA soit 25 000 MΩ le fait d'avoir en parallèle une résistance de grille de 1 MΩ ramène l'impédance d'entrée globale à 1 MΩ.

la différence entre les valeurs du simulateur et le graphique est liée au fait que mon V_DS est de 8V contre 10V pour la datasheet





La suite bientôt :
- ajout du circuit résonnant,
- analyse des facteurs influents,
- tentatives d'améliorations,
- transformation en VFO.

Bonjour,
Je passe au circuit résonnant parallèle sachant que l'oscillateur sera du type Clapp. Dans la littérature ^[1] on trouve des formules pour les configurations séries et parallèles, je donne la dernière.





A l'aide d'un tableau Excel on trouve tout un tas de configuration possible pour obtenir une fréquence de résonnance donnée. Ici avec les valeurs du schéma je trouve 6 003 069Hz et en faisant baisser C₁ jusque 80pF la fréquence est de 6 356 036Hz.





J'ai remarqué une différence entre le calcul théorique et la simulation (LTSpice et Qucs), environ 4 874 902Hz au lieu de 6 003 069Hz soit 1 481 134Hz d'écart que je n'explique pas.

Afin de tester le simulateur, j'ai vérifier le facteur Q de manière graphique un peu on le ferait avec un oscilloscope. J'excite le circuit résonnant avec un impulsion rapide de courant, je repère le point le plus haut de la résonnance (1.76V sur le marqueur en haut à gauche de la courbe) puis je place un marqueur quand le tension arrive à la moitié de sa valeur initiale, c'est à dire 1.76V/2 (0.88V sur le marqueur en haut à droite de la courbe) et enfin je compte le nombre de sommet du signal qui sépare les deux marqueurs et je le multiplie par le nombre magique 4.53 - nombre qui est évidement issu d'une formule.
J'ai compté 87 sommets * 4.53 ce qui fait un Q de 394.




J'ai également vérifier en faisant une analyse AC. La c'est plus classique, je fais simple f_accord@dBmax / (f_max@-3dB - f_min@-3dB)
Je repère sur l'échelle de gain "non normalisé" la valeur max et je note la fréquence f_accord 4 874 902Hz, je note les fréquences supérieures et inférieure à 3dB en dessous du max, f_max 4 882 352Hz et f_min 48 674 10Hz.

Le calcul de Q donne 4 874 902Hz / (4 882 352Hz - 4 867 410Hz) = 326.

Dans les 2 méthodes il y a l'incertitude du placement des curseurs d'où les valeurs différentes tout en étant dans le même ordre de grandeur.





Demain je connecte tout ça et je regarde.


^[1] François De Dieuleveult, ELECTRONIQUE RADIOFRÉQUENCE - Composants pour télécoms - Amplificateurs, oscillateurs, PLL, filtres, Théorie et simulation - Cours et exercices corrigés, série Technosup. Edition Ellipses - 2013

Bonjour,
Juste pour comparaison, voici la même simulation avec LTspice.

salut a tous
il y avait sur un livre (electronique pratique ou elektor ou un truc du genre ) un recepteur pour la hf
avec un bfo pour l ecoute de la blu
le circuit etait a la base d un tda 1072 je ne retrouve pas dans mon bordel le schema d origine

Bonjour Cyril,
Merci pour cette référence, je ne la connais pas.
Si tu retrouves le schéma je veux bien que tu le postes.


J'ai connecté le circuit résonnant au JFET pour regarder l'allure du signal de sortie, telle qu'on la verrait au travers d'un montage en drain commun, non chargé ! Je verrai plus tard si je change sa configuration en source commune ou pas selon les paramètres influents sur la fréquence. J'ai simplement changé l'alimentation principale par un signal carré dont l'état haut est très long par rapport à l'analyse transitoire, mais surtout parce que cette source carrée me permet de régler la pente des fronts montant/descendant car sans cette pente le simulateur ne peut pas étudier le démarrage d'un oscillateur. Pour étudier le démarrage d'un oscillateur il faut que l'alimentation mette elle aussi un certain temps à démarrer (avec une source continue, elle aurait été à 10V immédiatement au commencement de l'étude et l'oscillateur ne démarre pas)

Quelques remarques rapides, je reviendrai sur les détails un peu plus tard :

- Je remarque qu'une fois connecté la fréquence du simulateur est redevenue proche de la fréquence théorique, sans doute liée au fait qu'avec la mesure du facteur Q je regardais en boucle ouverte alors qu'ici je suis en boucle fermée.

- On voit de la distorsion ce qui est normal au vu de la non linéarité de la courbe de transfert que j'ai utilisé pour calculer la résistance de source.

- Je remarque que le signal de sortie oscille autour d'une composante continue un peu trop basse, 3V environ au lieu de environ 5V théorique. Ceci est lié à la résonnance qui n'atteint pas les 10V. Quelque chose me dit que le point de polarisation que j'ai placé au milieu de la droite de charge doit être replacer pour coller avec la dynamique qu'est sensé avoir la résonnance. On verra ça un peu plus tard.

 



Toujours histoire de prendre en main ce simulateur, voici une exemple de l'option "TUNE" qui permet de faire varier des paramètres de constater le résultat sur les graphiques ou tableaux. Ici je fais varier C₁ et sans surprise par rapport à la théorie on voit la fréquence fondamentale se balader.





Dans la suite j'essayerai d'analyser un peu ce que je vois ainsi que les paramètres influents ; C₁, C₂ et C₃ mais aussi R₁ qui pourrait bien ne servir à rien étant donné que d'un point de vu statique la self L1 joue le même rôle, c'est à dire attacher la grille à 0V en régime DC.

Mince, la dernière image était un gif animé (capture d'écran animée) mais je pense que l'option n'est pas activé sur le forum. Je voulais vous montrer cette option.

Le serveur d'image du forum ne gère pas les images animés (gif) je suis donc passé par cet hébergeur d'image : https://www.zupimages.net/ pour l'animation dans le message juste au dessus.

salut vincent
j ai recup l info sur un cahier mais pas son schema
alors c est sur nouvelle electronique decembre/ fevrier 1999/2000 recepteur 40m
et sur nouvelle electronique pratique avril 2001
avec un tda 1072 recepteur am je ne retrouve pas schema encore moins de doc en pdf

Bonjour,
J'en reviens au schéma et aux réflexions que j'ai eu un peu plus haut dans le sujet.

D'abord il y a la tension de sortie un peu faiblarde qui montre le que le point Q, préalablement placé au milieu de la droite de charge, limite le "swing" du circuit résonnant. On peut se représenter le problème comme sur le dessin si dessous ; en baissant le point Q on augmente le swing positif et donc négatif de la résonnance.



Dans la simulation ci dessous on voit qu'en augmentant la résistance de source, donc en faisant baisser le courant de Drain, le swing augmente.



Quand on regarde R₁ dont le rôle est de mettre la grille à 0V en absence de signal, on se rend compte que l'inductance L₁ peut aussi jouer se rôle avec sa propre résistance de construction (DCR.) Cette configuration parallèle du Clapp permet de se passer de R₁

C2 et C3 agissent sur la condition d'oscillation et associées à C1, à eux 3, régissent la fréquence d'oscillation. C2 et C3 ne peuvent pas avoir des valeurs trop basses par rapport à la fréquence de fonctionnement, surtout C2 sinon leurs impédances limitent le gain et l'oscillateur ne démarre pas. A très haute fréquence je pense qu'on pourrait même imaginer se passer de C₁ par exemple et se contenter de Cgs ; je ne suis jamais allé jusque là.

Lorsqu'on regarde le modèle petits signaux d'un Clapp on peut voir l'impact des capacités parasites du JFET. J'ai choisi volontairement C2 et C3 de telle sorte que Cgs et Cds soient négligeables


source : https://www.researchgate.net/publication/229014278_Mathematical_modeling_of_voltage-controlled_oscillators_with_the_colpitts_and_clapp_topology


A bientôt pour la suite : l'amélioration

Vincent

salut vincent
schema qui peuve peut etre t apporter un plus d idee

Salut Cyril et merci pour les schémas
Je les étudierai dès que j'ai un moment.


Je vais apporter une première modification afin d'améliorer la stabilité du point Q du JFET, je vais le polariser avec un puit de courant constant à la place de la résistance de source. Accessoirement j'ai fait disparaître R₁ qui n'était plus utile.




Le courant imposé par le puit de courant composé du BJT BC847C, C4 (bypass), R3 est de (|V₃| - V_BE) / R₃
(5V-0.7V)/1000Ω = 4.3mA

Je remarque que la tension de sortie a été sensiblement amélioré et que le premier harmonique a disparu (moins de distorsion harmonique), néanmoins je reste prudent quant aux phénomènes de contenu harmonique car il dépend fortement de la réalisation final.


Bientôt je me pencherai sur la configuration de cette structure par rapport à la liste des choses à faire attention que j'ai écrite dans les premiers messages ; source commune ? transformation en drain commun ? une structure cascode - source commune surmontée d'un ampli base commune ? A voir

A+
Vincent
je pense partir vers une structure cascode

Bonjour,
Je me suis cassé les dents sur l'oscillateur Cascode (transistor en émetteur/source commun surmonté d'un base/grille commune), j'ai même failli rebaptiser se montage en remplaçant la lettre 'd' de cascode par les lettres "uill". Blague à part, l'amplificateur cascode n'est pas si complexe que ça, mais le transformer en oscillateur est une autre paire de manche. Le swing de l'étage d'entrée sature immédiatement l'étage supérieur et le compromis est difficile à trouver. J'ai d'abord essayé de jouer avec le puit de courant mais il affecte aussi les perfs globales et je tournais en rond, j'en viens à penser qu'il faudra probablement agir sur C2 et C3 qui permettent de jouer sur le swing du circuit résonnant, mais sans toucher au courant de polarisation.

Je remets cette partie à plus tard car elle va me prendre du temps en étude théorique (le modèle petits signaux n'est pas adapté à l'étude des oscillateurs, il faut l'étudier en boucle ouverte) et mise au point. Je vais partir sur un étage tampon Darlington.




J'ai encore quelques calculs à faire mais je reviendrai expliquer comment on calcul chaque composant, pourquoi j'ai choisi une structure Darlington, l'impédance d'entrée et de sortie de l'émetteur suiveur.
A bientôt.



ps : au cas où quelqu'un voudrait expérimenter QucsStudio je vous donne les modèles Spice que j'ai remis en forme (l'importation des modèles est une lacune de QucsStudio)

J210 (InterFet)

Code:

.MODEL J210-LS NJF
+ VTO=-1.5
+ BETA=2.2m
+ LAMBDA=8.8m
+ RD=1
+ RS=1
+ CGS=3.5p
+ CGD=3.9p
+ PB=1
+ IS=102f
+ AF=1
+ FC=0.5
+ BETATCE=-0.5
+ N=1
+ NR=2
+ XTI=3
+ VTOTC=-2.5m
+ ISR=980f
+ KF=86000f
+ M=0.35
.ENDS

SMMBFJ310LT1G (On Semiconductor)

Code:

.MODEL SMMBFJ310LT1G NJF
+ VTO=-4.0
+ BETA=0.00315
+ LAMBDA=0.014
+ RD=0.828616
+ RS=0.85723
+ IS=1e-14
+ CGS=5.2e-12
+ CGD=5.2e-12
+ PB=1.06503
+ FC=0.5
+ KF=1e-20
+ AF=0.2
+ N=1.016
+ M=0.33
.ENDS

Bonjour,
Oui Vincent, j'utilise Qucs qui est vraiment adapté pour la RF, mais la vraie lacune ce sont les modèles des composants actifs. Il y a un outil de conversion mais il ne fonctionne pas toujours très bien et il faut faire souvent une passe a la main car certains paramètres font planter, et on doit faire la conversion composant par composant.
Ton oscillateur est un Collpits pas un Cascode.Bon courage.

Jean-Louis

Bonjour Jean Louis,
Ah, je me suis peut être mal exprimé. Je disais dans mon message précédent que je m'étais cassé les dents sur un oscillateur cascode et que j'ai fini par me rabattre sur un étage tampon avec un darlington.

Mais en relisant ce que j'ai écrit, en effet, je n'ai pas été très clair.

Concernant l'oscillateur, c'est trompeur mais c'est un Clapp à résonnance parallèle

Pour Qucs je suis tout à fait d'accord avec toi.

Bonjour,
Moi je vois plutôt un Colpitts qu'un Clapp, dans ce dernier cas il y a une capa en série avec la self.
Jean-Louis