La
radio, comment ça marche ?
Depuis les premières expérimentations de Marconi et Hertz au
XIX° siècle, à la transmission satellite en passant par la
première liaison transatlantique en 1901, lutilisation de
la radio sest beaucoup diversifié.
Au début, on pensait que la radio était juste un
divertissement présenté dans les foires, sans avenir et pour
preuve, le gouvernement italien ignora les découvertes de
Marconi qui dû aller en Angleterre poursuivre ses expérimentations
avec Hertz. La radio trouva naturellement sa place sur les
navires qui ne seront désormais plus coupés du monde. Mais les
radios des paquebots étaient surtout destinés à faire de largent
aux compagnies, les riches passagers trouvant amusant denvoyer
des messages en pleine mer. Mais le 15 avril 1912 après le
naufrage du Titanic, on va prendre conscience que la radio nest
pas quun simple gadget, elle peut sauver des vies. Après
cela, tous les navires devront avoir obligatoirement un poste de
radio avec une veille 24h/24.
Aujourdhui, impossible dy échapper : le sans
fil est partout. Téléphone, télé et radio bien sûr. Pareil
pour les ordinateurs avec le Bulutooth et autre Wireless Fidelity.
Vous navez jamais entendu parler du Wireless
Fidelity ? mais si en abrégé ça se dit WI-FI. Avec les
satellites, on peut désormais surfer sur le Net, regarder la télé
et téléphoner, tout ça depuis lAtlantique Nord !
Les satellites servent aussi à se repérer avec précision grâce
au GPS, alors quil y a 20 ans on navait rien dautre
quun sextant eu un compas. Le point commun entre tout ça ?
les ondes radio.
Quest-ce quune onde radio ? cest ce que
nous allons voir ; comment communiquer par ondes radio.
Ici il sagit dexplications simples donc, pas de
formules compliqués. Et vous allez voir à la fin de cette page
que vous pourrez fabriquer votre propre émetteur F.M. avec
seulement quelques composants de récupération et ainsi émettre
sur la bande F.M. Une simple radio suffit pour recevoir le signal.
- Quest-ce que lélectricité ?
- Cest une circulation délectrons. Certains éléments
ont ce que lon appelle des électrons libres
pouvant se libérer du nuage électronique, ces éléments
sont tous les métaux voilà pourquoi les métaux
conduisent le courant. Un électron est donné à un
atome mais il à une charge négative en trop alors, il
va sen débarrasser en la donnant à son voisin qui
va à son tour sen débarrasser et ainsi de suite.
Les électrons vont du - vers le +
- Champ magnétique et
électrique : le haut-parleur et le micro
- Lorsque lon déplace un aimant près dune
bobine (enroulement dun fil), ceci fait bouger les
électrons du fil et crée donc un courant électrique.
- Un micro, cest une petite bobine circulaire,
solidaire dune membrane qui vibre au même rythme
que le son quon lui soumet. Au centre de la bobine
se trouve un aimant fixe. Lorsque la bobine se déplace
par rapport à laimant, elle génère un courant électrique
très faible.
- Un haut parleur, cest le même principe sauf quon
fait circuler un courant dans la bobine qui se comporte
alors comme un aimant ; selon la polarité, aimant
et bobine sattirent ou se repoussent en mettant
ainsi la membrane du haut parleur en vibration.
-
- Un haut-parleur, le saladier (larmature métallique)
nest pas représenté
-
- Caractéristiques dune
onde
|
- Période : durée nécessaire pour
que le phénomène se reproduise à lidentique.
Notée T, elle sexprime en seconde (s).
- Amplitude
- Fréquence : cest linverse
de la période. Notée f, elle sexprime en
Hertz (Hz)
|
Les appareils
|
- GBF : générateur de basses fréquences,
permet de générer toutes sortes de signaux électriques
-
- Oscilloscope : permet de visualiser
une tension au cours du temps
|
-
- Les symboles électriques
Le rôle des composants
Par convention, U est la tension en Volt (V) et I est lintensité
en Ampère (A)
- Résistance
Cest un goulot détranglement qui rend le passage
du courant difficile. Le courant non restitué au circuit est
perdu sous forme de chaleur, cest ce que lon appelle
leffet Joule. Lunité est lOhm (W ), résistance R ; comme tous les
conducteurs ohmiques, elle obéit à la loi dOhm :
U=R*I
- La tension est proportionnelle à lintensité et à
le résistance.
- Lecture de la valeur : une résistance comporte 4
anneaux de couleur dont le 1er correspond au 1er
chiffre, le 2ème au 2ème chiffre,
le 3ème au nombre de zéros qui suivent les 2
chiffres et le 4ème (argent ou or) indique la
tolérance cest à dire la marge derreur
accordée à la valeur du composant par le fabriquant.
Pour se rappeler du code des couleurs : |
Ne Mangez Rien
Ou Jeûnez
Voilà Bien
Votre Grande
Bêtise |
Exemple :
1er
chiffre
|
2ème
chiffre
|
nombre de zéros
|
orange
|
orange
|
marron
|
3
|
3
|
0
|
- la valeur de cette résistance est de 330 Ohms
- Condensateur (circuit R,C)
Cest un réservoir dénergie ; on peut faire
le rapprochement avec une pile qui se charge et se décharge
rapidement. Lunité est le Farad (F), capacité C.
Lecture de la valeur
les indications ne sont pas normalisés, il en
existe plusieurs.
Pour les condensateurs chimiques (les cylindriques), pas de problème,
c'est écrit en clair dessus.
En revanche, pour les autres il faut regarder quel type de
notation est utilisée.
|
Valeur |
Tolérance |
Tension de service |
3p3 |
3,3 pF |
F |
1 % |
en clair |
33p |
33 pF |
G |
2 % |
330p |
330 pF |
H |
2,5 % |
n33 |
330 pF |
J |
5 % |
33n |
33 nF |
K |
10 % |
330n |
330 nF |
M |
20 % |
µ330 |
330 nF |
3µ3 |
3,3 µF |
33µ |
33 µF |
|
|
- Bobine (circuit R,L)
Cest un enroulement de fil. Elle soppose à létablissement
du courant et à sa rupture. Lunité est le Henri (H),
inductance L. En régime permanent, une bobine se comporte comme
une résistance puisquelle possède une résistance interne.
- Circuit R,L,C
En associant les trois composants, on obtient des oscillations.
Le condensateur se décharge mais la bobine soppose à létablissement
du courant, une fois le condensateur déchargé, la bobine soppose
à la rupture du courant, rétablit le courant qui recharge le
condensateur qui se décharge dans la bobine et ainsi de suite.
Ces oscillations disparaissent au cours du temps à cause des
pertes par effet Joule. Plus la résistance est élevée, plus
les oscillations disparaissent vite.
- - Diode
Cest un sens unique qui oblige le courant à circuler
dans un seul sens. Son ancêtre est la galène (sulfure de plomb
PbS), ce qui a donné le nom de poste à galène.
- Transistor
Cest LE composant de lélectronique moderne, il
est présent partout : ordinateur (près dun milliard
de transistors dans une petite boîte !), chaîne Hi-Fi, TV
etc
Lancêtre du transistor, ce sont les lampes qui
chauffaient énormément
Un transistor, cest en fait un interrupteur : le
courant arrive par le collecteur et sort par lémetteur ,
la base est linterrupteur qui ouvre ou ferme le circuit. Il
joue aussi le rôle damplificateur.
-
- Mise en évidence du
champ magnétique autour dun fil.
- Pour cela, il vous faut :
- - 2 tiges métalliques et rigides
- - 1 cylindre métallique (tuyau en cuivre par exemple)
- - 1 aimant
- - 1 pile plate de 4,5 V
- Le cylindre doit pouvoir rouler très facilement
sur les tiges. Réalisez le montage comme ci-dessous.
|
- Connectez la pile (la pile est en court-circuit,
ne la laissez pas trop longtemps) aux tiges métalliques,
le cylindre se met à rouler.
- Recommencez sans laimant ; il
ne se passe rien.
-
- Que sest il passé ?
- Lorsque lon fait circuler du courant dans
un fil, il se crée un champ magnétique. Le
cylindre se comporte alors comme un aimant donc
il est polarisé (Nord ou Sud) et comme il peut
se déplacer facilement, il se met à rouler car
Nord-Sud sattirent et Nord-Nord ou Sud-Sud
se repoussent.
|
-
-
- Envoyer le son
dun baladeur sur une chaîne hi-fi sans le
connecter !
Cette expérience peut paraître bizarre puisque ça ne
devrait pas marcher étant donné que les deux appareils ne sont
pas connectés entre eux. Et pourtant ça marche !
Le montage
-
- L'ampli doit être suffisament puissant, j'ai testé avec
des petites enceintes d'ordinateur, ça ne marche pas
- Relier le + de la sortie audio de baladeur à un fil denviron
1m de longueur ; relier un autre fil à lentrée
" Line-in " de lampli sur le +
(le baladeur et lampli ont deux + à cause du son
stéréo) si lampli a une entrée " Phono "
préférez-le à lentrée " Line-in "
car lentrée " Phono " est plus
sensible.
- Mettez lampli et le baladeur à fond (attention :
si vous touchez le fil relié à lampli ça va
faire un boom) ; approchez doucement le fil du
baladeur et écoutez attentivement : vous entendez
la musique MAIS CEST UN PEUT FORT QUAND MEME !
le baladeur nest pas relié à lampli.
Comment est-ce possible ? ce que vous venez de faire
ce nest rien dautre quune transmission
radio.
|
Voilà
ce qui sest passé :
-
- Le baladeur sort une tension alternative,
une borne est un coup +, un coup -. Lorsquelle
est +, les électrons du fil sont attirés vers
la borne ; quand elle est -, les électrons
sont repoussés et ainsi de suite. Ceci va alors
créer un champ magnétique et électrique qui va
se propager et faire bouger les électrons du fil
relié à lampli, créant ainsi une tension
dans ce fil, cette tension est trop faible pour
faire bouger la membrane du haut-parleur, lampli
amplifie cette tension afin quelle soit
suffisante pour faire vibrer la membrane du haut-parleur
et quil produise un son audible. Ce champ
magnétique et électrique, cest
une
onde électromagnétique cest à dire une
onde radio.
|
-
- Les ondes radio font partie dune grande famille dondes :
les ondes électromagnétiques caractérisées par leur
fréquence
-
De droite à gauche, on trouve :
- - les ondes radio de grandes longueurs donde et de
petite fréquence de lordre du MHz, longueur donde
du km au cm
- - les micro-ondes de lordre du GHz (radio, radars,
fours), longueur donde de lordre du mm
- - les infrarouges (la chaleur : plaque
chauffante ; télécommande de T.V.) à ce stade, on
ne parle plus de fréquence mais de longueur donde
en nm (nano mètre)
- - le domaine visible : cest ce que nos yeux
voient, en fait on regarde des ondes radio ! il
occupe une toute petite partie du spectre électromagnétique
-
- a partir de là, les rayons sont très énergétiques et
causent des dommages aux êtres vivants
- - lultraviolet : quand on les " sent "
cest trop tard et ça fait mal, ce sont les
responsables des coups de soleil, on ne les voit pas et
on ne les sent pas sur notre peau.
- - les rayons X : ceux qui servent à faire des
radios, ils sont aussi utilisés dans lindustrie
pour faire des contrôles
- - les rayons gamma et rayons cosmiques : ce sont les
plus dangereux de tous, il sont émis par des sources
radioactives, par les étoiles dont le Soleil, ils
causent de graves dégâts sur le vivant et provoquent la
mort à forte dose.
-
- Avec le système vu précédemment un problème se pose
et pas des moindres : une antenne capte tout. Sil
y a un autre émetteur, on le capte aussi ! On se
retrouve alors avec deux stations de radio en même
temps, soit autant de stations que démetteurs. Une
vraie cacophonie ! Cest pour cela que lon
va moduler linformation à transmettre afin de lui
donner une identité. Linformation est alors
transportée par une autre onde, la porteuse.
-
- IL existe deux types de
modulation :
-
- - AM (Amplitude Modulation) modulation damplitude ;
la porteuse est modulée en amplitude ; le plus
ancien système, toujours très utilisé pour la
navigation. Le son nest pas toujours très bon,
transmission limité au mono.
- - FM (Frequency Modulation) modulation de fréquence ;
la porteuse est modulée en fréquence ; plus récent
et popularisé à la fin des années 70 avec la bande
radio FM très largement utilisé par la radio et la TV.
Offre une excellente qualité sonore et permet la
transmission en stéréo.
-
- Feuilles de calcul Excel pour faire des simulations
AM
FM
-
- La modulation damplitude
- On utilise un multiplieur, cest un petit circuit
intégré qui fait
des multiplications.
- Sur lentrée E1 on envoie le signal à transmettre
avec une tension positive (pour la tension positive, voir
plus bas) et sur lentrée E2 la porteuse. Afin dobtenir
un son correct, la fréquence de la porteuse doit être
très supérieure à celle du signal. On peut faire le
rapprochement avec la fréquence déchantillonnage
audio lorsque lon enregistre un son numérique,
plus elle est élevée, plus le son est meilleur.
- A la sortie du multiplieur, on récupère la porteuse
modulée en amplitude, après une amplification, elle
peut être transmise par lantenne.
-
La chaîne de modulation
- La porteuse
|
-
|
- La porteuse modulée en
amplitude (bon)
|
|
- Un cas de surmodulation, on
napplique pas de tension positive au signal
(mauvais)
|
|
- LA
DEMODULATION
- Maintenant que le signal a été modulé et a voyagé
jusquà lantenne réceptrice, il va falloir
le démoduler.
-
- - LA DETECTION ET LA
SELECTION
- La détection est assurée par lantenne qui reçoit
le signal. MAIS rappelez-vous quune antenne capte
TOUT et nimporte quoi (téléphones portables, C.B.,
T.V., radio, et même le four micro-ondes !). Il va
donc falloir trouver le bon signal.
- Pour cela, on va utiliser un filtre passe bande qui ne va
laisser passer quune seule fréquence donde,
celle de la porteuse ; ce filtre, cest un
circuit L,C parallèle dont la sa fréquence est la même
que celle de londe que lon veut (voir les
oscillations dun circuit R,L ,C). Pour choisir
la fréquence doscillation, on utilise un
condensateur ou une bobine variable. Ceci nest rien
dautre que le tuner, quand on tourne le bouton pour
chercher une station, on tourne un condensateur ou une
bobine dont on modifie la valeur.
- Après le filtre passe bande, on place un petit ampli
afin davoir une tension plus importante par la
suite et une diode pour supprimer la partie négative de
la porteuse.
-
- LA DEMODULATION
- Maintenant que lon a notre signal, il faut le démoduler.
Regardez lallure de la porteuse, en rouge, on a
bien notre signal que lon veut récupérer.
- 1 - Détecteur denveloppe
- Cest un circuit R,C parallèle qui va supprimer la
porteuse
-
- 2 - Filtre passe haut
- Cest un circuit R,C série qui va supprimer la
tension continue ajoutée à la porteuse
-
- 3 - Amplification
- Après le filtre passe haut, on obtient notre signal que
lon envoie sur un " gros "
ampli (afin quil soit à un volume audible) puis
sur les hauts-parleurs
-
- Au final, voilà le circuit que lon obtient :
un récepteur radio.
-
-
-
- Construisez un émetteur
FM
Le schéma électrique
liste des composants:
- résistances
2x 10 kOhm
1x 100 Ohm
1x 220 kOhm
1x 4,7 kOhm
- condensateurs
2x 4,7 µF chimique (attention ils sont polarisés !)
2x 470 pF céramique
1x 2,2 pF céramique
1x 10 nF céramique
1x condensateur variable
- 2 transistors NPN
- 1 bobine 4 spires, diamètre 5 mm, longeur 3 cm
- 1 pile 9V
- 1 antenne
quelques photos
- Je n'ai pas de matériel pour faire le circuit alors j'ai
relié les composants avec du fil
Je ne vous recommande pas de brancher le transmetteur sur
votre tout dernier baladeur MP3, s'il y a un problème ça
peut le griller; utilisez de préférence un appareil
sans grande valeur ou un micro. Mettez le son au minimum
sinon ça sature.
- Le gros composant blanc tout à fait à gauche est un
condensateur variable récupéré sur une radio FM
-
-
Et les
images ?
C'est le même principe, un signal vidéo, c'est un courant électrique
qui varie au cours du temps, on utilise le meme procédé que
pour le son mais à des fréquences plus élevées (un signal vidéo
fait 27 MHz)
Maintenant, la radio ne devrait
plus avoir de secrets pour vous et vous allez regarder cet
appareil différament.