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, l’utilisation de la radio s’est 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 l’argent aux compagnies, les riches passagers trouvant amusant d’envoyer des messages en pleine mer. Mais le 15 avril 1912 après le naufrage du Titanic, on va prendre conscience que la radio n’est pas qu’un simple gadget, elle peut sauver des vies. Après cela, tous les navires devront avoir obligatoirement un poste de radio avec une veille 24h/24.

Aujourd’hui, impossible d’y échapper : le sans fil est partout. Téléphone, télé et radio bien sûr. Pareil pour les ordinateurs avec le Bulutooth et autre Wireless Fidelity. Vous n’avez 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 l’Atlantique Nord ! Les satellites servent aussi à se repérer avec précision grâce au GPS, alors qu’il y a 20 ans on n’avait rien d’autre qu’un sextant eu un compas. Le point commun entre tout ça ? les ondes radio.

Qu’est-ce qu’une onde radio ? c’est ce que nous allons voir ; comment communiquer par ondes radio.

Ici il s’agit d’explications 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.

Qu’est-ce que l’électricité ?

C’est une circulation d’électrons. Certains éléments ont ce que l’on 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 s’en débarrasser en la donnant à son voisin qui va à son tour s’en débarrasser et ainsi de suite. Les électrons vont du - vers le +

Champ magnétique et électrique : le haut-parleur et le micro

Lorsque l’on déplace un aimant près d’une bobine (enroulement d’un fil), ceci fait bouger les électrons du fil et crée donc un courant électrique.

Un micro, c’est une petite bobine circulaire, solidaire d’une membrane qui vibre au même rythme que le son qu’on lui soumet. Au centre de la bobine se trouve un aimant fixe. Lorsque la bobine se déplace par rapport à l’aimant, elle génère un courant électrique très faible.

Un haut parleur, c’est le même principe sauf qu’on fait circuler un courant dans la bobine qui se comporte alors comme un aimant ; selon la polarité, aimant et bobine s’attirent ou se repoussent en mettant ainsi la membrane du haut parleur en vibration.

 

Un haut-parleur, le saladier (l’armature métallique) n’est pas représenté

 

Caractéristiques d’une onde

Les appareils

Les symboles électriques

Le rôle des composants

Par convention, U est la tension en Volt (V) et I est l’intensité en Ampère (A)

- Résistance

C’est un goulot d’étranglement qui rend le passage du courant difficile. Le courant non restitué au circuit est perdu sous forme de chaleur, c’est ce que l’on appelle l’effet Joule. L’unité est l’Ohm (W ), résistance R ; comme tous les conducteurs ohmiques, elle obéit à la loi d’Ohm :

U=R*I

La tension est proportionnelle à l’intensité et à le résistance.

Lecture de la valeur : une résistance comporte 4 anneaux de couleur dont le 1^er correspond au 1^er chiffre, le 2^ème au 2^ème chiffre, le 3^ème au nombre de zéros qui suivent les 2 chiffres et le 4^ème (argent ou or) indique la tolérance c’est à dire la marge d’erreur accordée à la valeur du composant par le fabriquant.

Exemple :

la valeur de cette résistance est de 330 Ohms

- Condensateur (circuit R,C)

C’est un réservoir d’énergie ; on peut faire le rapprochement avec une pile qui se charge et se décharge rapidement. L’unité 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)

C’est un enroulement de fil. Elle s’oppose à l’établissement du courant et à sa rupture. L’unité est le Henri (H), inductance L. En régime permanent, une bobine se comporte comme une résistance puisqu’elle possède une résistance interne.

- Circuit R,L,C

En associant les trois composants, on obtient des oscillations. Le condensateur se décharge mais la bobine s’oppose à l’établissement du courant, une fois le condensateur déchargé, la bobine s’oppose 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

C’est 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

C’est LE composant de l’électronique moderne, il est présent partout : ordinateur (près d’un milliard de transistors dans une petite boîte !), chaîne Hi-Fi, TV etc… L’ancêtre du transistor, ce sont les lampes qui chauffaient énormément

Un transistor, c’est en fait un interrupteur : le courant arrive par le collecteur et sort par l’émetteur , la base est l’interrupteur qui ouvre ou ferme le circuit. Il joue aussi le rôle d’amplificateur.

 

Mise en évidence du champ magnétique autour d’un 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.

 

 

 Envoyer le son d’un 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 d’environ 1m de longueur ; relier un autre fil à l’entrée " Line-in " de l’ampli sur le + (le baladeur et l’ampli ont deux + à cause du son stéréo) si l’ampli a une entrée " Phono " préférez-le à l’entrée " Line-in " car l’entrée " Phono " est plus sensible.

Mettez l’ampli et le baladeur à fond (attention : si vous touchez le fil relié à l’ampli ça va faire un boom) ; approchez doucement le fil du baladeur et écoutez attentivement : vous entendez la musique MAIS C’EST UN PEUT FORT QUAND MEME ! le baladeur n’est pas relié à l’ampli. Comment est-ce possible ? ce que vous venez de faire ce n’est rien d’autre qu’une transmission radio.

 

Les ondes radio font partie d’une grande famille d’ondes : les ondes électromagnétiques caractérisées par leur fréquence

 

De droite à gauche, on trouve :

- les ondes radio de grandes longueurs d’onde et de petite fréquence de l’ordre du MHz, longueur d’onde du km au cm

- les micro-ondes de l’ordre du GHz (radio, radars, fours), longueur d’onde de l’ordre du mm

- les infrarouges (la chaleur : plaque chauffante ; télécommande de T.V.) à ce stade, on ne parle plus de fréquence mais de longueur d’onde en nm (nano mètre)

- le domaine visible : c’est 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

- l’ultraviolet : quand on les " sent " c’est 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 l’industrie 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. S’il 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 d’émetteurs. Une vraie cacophonie ! C’est pour cela que l’on va moduler l’information à transmettre afin de lui donner une identité. L’information est alors transportée par une autre onde, la porteuse.

 

IL existe deux types de modulation :

 

- AM (Amplitude Modulation) modulation d’amplitude ; la porteuse est modulée en amplitude ; le plus ancien système, toujours très utilisé pour la navigation. Le son n’est 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 d’amplitude

On utilise un multiplieur, c’est un petit circuit intégré qui fait…des multiplications.

Sur l’entrée E1 on envoie le signal à transmettre avec une tension positive (pour la tension positive, voir plus bas) et sur l’entrée E2 la porteuse. Afin d’obtenir un son correct, la fréquence de la porteuse doit être très supérieure à celle du signal. On peut faire le rapprochement avec la fréquence d’échantillonnage audio lorsque l’on 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 l’antenne.

 

La chaîne de modulation

 LA DEMODULATION

Maintenant que le signal a été modulé et a voyagé jusqu’à l’antenne réceptrice, il va falloir le démoduler.

 

- LA DETECTION ET LA SELECTION

La détection est assurée par l’antenne qui reçoit le signal. MAIS rappelez-vous qu’une antenne capte TOUT et n’importe 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 qu’une seule fréquence d’onde, celle de la porteuse ; ce filtre, c’est un circuit L,C parallèle dont la sa fréquence est la même que celle de l’onde que l’on veut (voir les oscillations d’un circuit R,L ,C). Pour choisir la fréquence d’oscillation, on utilise un condensateur ou une bobine variable. Ceci n’est rien d’autre 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 d’avoir une tension plus importante par la suite et une diode pour supprimer la partie négative de la porteuse.

 

LA DEMODULATION

Maintenant que l’on a notre signal, il faut le démoduler. Regardez l’allure de la porteuse, en rouge, on a bien notre signal que l’on veut récupérer.

1 - Détecteur d’enveloppe

C’est un circuit R,C parallèle qui va supprimer la porteuse

 

2 - Filtre passe haut

C’est 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 l’on envoie sur un " gros " ampli (afin qu’il soit à un volume audible) puis sur les hauts-parleurs

 

Au final, voilà le circuit que l’on 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.