Cours de technique radio Tome2

8/2/2019 Cours de technique radio Tome2

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VOTRE CARRIERE 5

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MONTAGES A TRANSISTORS

Le fonctionnement interne des transistors diffreconsidrablement de celui des tubes; en outre, les im pdances d'entre et de sortie ont des valeurs trsdiffrentes dans ces deux cas. Tandis qu'un tube fonctionne normalement avec une polarisation inverse entr e grille et cathode, (inverse voulant dire qu e cette"". ~ p o l a r i s a t i o n tend empcher le passage du courantlectronique, dans le circuit de grille), ce qu i donneun e impdance d'entre leve, la polarisation entrebase et metteur d'un transistor est faite dans lesens direct, ce qui donne un circuit d'entre basseimpdance.

Le contraire se passe dans le circuit de sortie, ca rsi la tension plaque d'un tube a une polarit tellequ'elle favorise, c'est--dire qu'elle provoque le passage du courant, par contre, dans un transistor, la pO-larisation du collecteur' est inverse.

Ainsi, et c'est la consquence directe de ce qu i prcde, tandis qu'un tube a une impdance d'entre leve et un e basse impdance de sortie, on a exactement le contraire dans le cas du transistor, sauf, comme nous le verrons, si celui-ci est mont avec collecteur la masse, ou collecteur commun, Nous pouvonsdonc facilement comprendre qu e les principes fondamentaux de fonctionnement de ces deux systmes d'ama: plification sont diffrents, en ce sens que l'amplifica. tion obtenue avec un transistor est essentiellementune amplification en courant, tandis que celle fourniepa r un tube e:;t principalement une amplification entension. Il est donc vident qu e tandis que pour untube i l faut disposer d'une source d'alimentation detension constante, pour un transistor, par contre, ondoit recourir un e source d'alimentation courantconstant.

AMPLIFICATEUR A BASE COMMUNENous avons tudi, dans la prcdente leon, les

trois circuits de base des amplificateurs transistors,ainsi que les circuits tubes quivalents. La figure 1reproduit le montage, dj connu, d'un tage amplificateur base commune (appel galement base lamasse), ainSi qu e le montage tube correspondant.

Le signal d'entre es t appliqu entre l'metteur etla base. La tension de polarisation de l'metteur d termine le potentiel moyen de cette lectrode par rapport la base. Il est bien entendu, qu e la base nedoit pas tre ncessairement relie la masse dumontage tout entier, mais i l suffit qu'elle soit coon-

mune au circuit d'entre et celui de sortie (c e qu ifait que l'appellation base commune est prfrable celle de base la masse ~ )

Ce montage se caractrise pa r une basse impdance d'entre, une haute impdance de sortie, pas d'inversion de phase entre le signal d'entre et celuide sortie, une excellente stabilit mais une amplification limite.

AMPLIFICATEUR A EMETTEUR COMMUNLa figure 2 en donne le schma de principe; on voit

que le signal est appliqu entre la base et l'metteuret que la polarisation du circuit d'entre fixe le potentiel moyen de la base par rapport l'metteurcommun.

Le signal d'entre fait varier l 'intensit du courantde la base en plus ou en moins de la valeur moyenne,produisant ainsi des variations de courant amplifiesdans le circuit du collecteur. On recueille donc, au xbornes de l'impdance de charge (RL), un e rpliqueamplifie du signal d'entre.

Sur la figure 3 sont reprsentes les courbes caractristiques d'un transistor jonctions du type n-p-navec metteur commun (metteur la masse). Cescourbes montrent que le courant de collecteur, ou courant de sortie , (le) es t trs suprieur au courantde base, ou d'entre , (lb). Comme nous le savons,ceci rsulte du fait que les courants de l'metteur etdu collecteur sont presque gaux et qu e le courant. debase est approximativement gal leur diffrence,qu i es t donc trs faible.

L'amplification du courant de base est parfois re prsent par la lettre (bta), elle es t trs suprieure IX (alfa) en fonction duquel elle peut treexprime par la formule:

( l IX)Le montage metteur commun est beaucoup plus

sensible au x variations de frquence que le montage base commune. Il s'ensuit que l'amplification diminu e lorsque la frquence augmente et , la frquence critique, l'amplification fournie par le montage metteur commun es t du mme ordre de grandeur qu ecelle obtenue par le mQntage base commune. Enrsum, le s caractristiques principales du montage d'unamplificateur transistor metteur commun sont le s

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6 VOTRE CARR IERE

Fig. 1 - Comparaison entre un tage transistor base commune (base la masse)et un tage tube grille la masse. Lesignal est appliqu, respectivement, entre metteur et masse, et entre cathode et masse.

suivantes: basse ou moyenne impdance d'entre. moyenne ou haute impdance de sortie, amplification decourant plus leve que pour les deux autres montages et inversion de phase entre le signal d'entreet celui de sortie.

AMPLIFICATEUR A COLLECTEUR COMMUNCe montage est reprsent su r la figure 4. J,.e si

gnaI d'entre est appliqu entre la base et le ctmasse du circuit du collecteur, tandis qu e le signalde sortie est recueilli au x bornes de l'impdance decharge commune branche entre l'metteur et la masse. Le collecteur est donc commun au x circuits d'entre et de sortie.

Comme dans tous les autres montages transistors.la tension de polarisation et la tension du collecteursont fournies par des sources d'alimentation courantcontinu.

Ce montage diffre des deux prcdents pa r le faitqUE; l'impdance d'entre es t relativement leve, tandis que son impdance de sortie est trs basse. Pourcette raison, i l es t couramment employ comme dapteur d'impdances.

Les caractristiques principales du montage collecteur commun sont les suivantes: entre haute impdance et sortie basse impdance, amplification depuissance infrieure celle de s deux autres montages, amplification de tension infrieure l'unit (comme dans un amplificateur tube du type cathodefollower ), pas d'inversion de phase entre le signald'entre et celui de sortie.

L'amplification effective d'un transistor est generalement exprime en dB (dcibel). Cette amplification est indique parfois pour chacun des montagesdcrits ci-dessus, parfois aussi en se rfrant au seulmontage (metteur commun. En outre, ce t importantfacteur dpend non seulement de l'amplification decourant procure par le montage et des caractristiques du transistor, mais il dpend galement de l 'adaptation rigoureuse des impdances du transistor celles de la source et de la charge d'utilisation.

Fig. 2 . Comparaison entre un tage transistor metteur commun (metteur lamasse) et un tage tube cathode lamasse. Ces deux montages sont ceux fournissant l'amplification maximale.

LA POLARISATION DES TRANSISTORSUn des problmes importants de la technique des

montages transistors est celui du maintien de latension convenable entre l'metteur et le collecteur,pour une intensit donne du courant passant dans lecircuit, au moyen de tensions de polarisation fixes.Ces tensions doivent rester constantes malgr les va riations possibles de la temprature ambiante, ou del'amplification et des intensits de courant pouvant seproduire lorsqu'on remplace un transistor par un au tr e du mme type.

Si le gain en courant hel du transistor restait constant malgr les variations de la temprature et si lecourant de dispersion tait ngligeable, i l serait possible de fixer les conditions de polarisation en faisantpasser un courant de base d'intensit convenable dansle transistor, comme le montre la figure 5.

L'intensit du courant passant dans le circuit desortie du collecteur es t donne par:

Ele ha

Ce mode de polarisation est strictement li au facteur d'amplification ha de l'tage et , de ce fait, ilne peut tre utilis, sauf dans les cas o l'on peutfaire varier la rsistance de polarisation pour obtenir le meilleur rsultat.

En gnral, i l faut utiliser des circuits spciaux decontre raction pour rendre ' ,es conditions de polarisation des transistors pe u prs indpendantes desgrandeurs variables du circuit. Par exemple, le simple fait de placer une rsistance en srie avec l'metteur donne une raction suffisante pour stabiliser lepoint de fonctionnement; cette mthode est illustrepar la t,igure 6.

Comme on le voit, la base es t relie au point mi lieu d'un diviseur de tension form par Rl et R 2 ,tandis qu e la rsistance Re se trouve dans le circuitde l'metteur. Etant donn que la jonction de ce dernier est polarise dans le sens favorable au passagedu courant, l'intensit du courant passant dans le cir

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COURANT DE BASE 50 uA

oo 5 10 15 20 25

TENSION DE COLLECTEUR EN VOLTS

Fig. 3 - Courbes caractristiques d'un transistorn-p-n avec "metteur la masse (metteur cornmun ). le est trs suprieur h .

Fig. 4 . Comparaison entre un tage transistor collecteur commun (collecteur lamasse) et un tage tube avec plaque lamasse. C'est le montage appel cathodefollower .

cuit de l'metteur est. en principe. gal au quotientde la tension de la base par la rsistance de l'metteur. d'o:

le = Ub : RePour viter qu e l'attnuation du signal alternatif

soit augmente en raison de la contre raction d'metteur (nous savons, en effet, qu e plus la partie dusigmal renvoye du circuit de sortie au circuit d'entre es t grande, plus faible es t l 'amplification), farsistance de l'metteur est shunte'> par un condensateur de forte capacit. La pratique a dmontrqu e pour obtenir un fonctionnement satisfaisant, Rzne doit pas tre suprieure 10 fois la valeur de Re;cette rsistance es t gnralement comprise entre 500et 1000 ohms. Ce procd de stabilisation, que nousvenons de dcrire, ne tient pas compte de s variationsde la chute de tension entre la base et l'metteur,ainsi que des fluctuations du courant de dispersionproduites pa r les variations de la temprature.

Un autre aspect du problme de la polarisationpris dans sa gnralit, apparait en observant la fi -gure 7. En tudiant sur cette figure la distributiondes c o u r a n t ~ on peut tablir l 'quation suivante:

UB = [( 1dans laquelle URE est comme nous le savons, la

chute Je tension entre la base et l'metteur correspondant au point de polarisation spcifi. A un e temprature de fonctionnement de 25 oC, cette chute detension s'lve 0.2 volt pour le germanium et 0.7 volt pour le silicium. Pour une temprature plusleve elle est. par contre, de 0,1 et 0,5 volts, respectivement.

Si l'('n connait les valeurs minimales du courant del'metteur pour alfa}) minimum - et le s valeursmaximales ( ~ courant de l 'metteur, pour alfa,> maximum - ainsi qu e du courant de dispersion, Rb peuttre calcul au moyen de l'quation:

(hmax - lEmin) RE + UREmin - UBEmaxlcomax - (1 - amax) lEmax + (1 - Gtmin) hm in

Considrons pa r exemple, le transistor Gnral Electric type 2N25 dont les caractristiques d'utilisationdans un circuit classique sont les suivantes: E = 20 V;RL = 8,2 k.n; Icomax = 0,1 mA 55 oC; h21max =66; amax = 66 : 67; h21min = 30. Gtmin = 30 : 31;UBEmax = 0.2; UBEmin = -0 .1; lEm a, dsir = 1,24 mA:lEmin dsir = 0.81 mA.

En portant ces valeurs dans l 'quation ci-dessus,on obtient pour RB le s valeurs suivantes, en fonctionde diffrentes valeurs de RE:

1,0 kohm2,2 kohms3,3 kohms

Pour REPour RE

Pour RE 1,2 kohms5,8 kohms10 kohms

En portant ensuite ce s valeurs de RB dans l'quation originale, on peut obtenir le s valeurs correspondantes de UB. Par exemple, si l'on utilise un e rsistance d'metteur de 3,3 kohms, et si l'on donne RBun e valeur de 10 kohms, la tension UB sera de 3,1 V.La figure 8 montre comment on peut transformer lecircuit avec polarisation par diviseur de tension, enappliquant les quations donnes en marge de la fi gure.

Par ce moyen, il es t possible de calculer un circuitde polarisation permettant de compenser les variationsinternes du transistor et de maintenir les valeurs de stensions de polarisation dans les limites dsires.

COUPLAGE PAR TRANSFORMATEURET COUPLAGE R-C

Le choix du moyen de couplage entre les tages d'unamplificateur revt une grande importance lorsqu'ondsire obtenir l'amplification maximale. Le couplagepar transformateur est probablement la mthode laplus simple et la plus utilise dans les montages transistors.La figure 9 donne le schma de principe d'un amplificateur classe A couplage pa r transformateurs etmetteur commun. Il convient tout d'abord, de rappeler que le fonctionnement d'un amplificateur tran

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8 VOTRE CARRIE RE

r---_..---E.,.E.----"""'""1.--- - E +E f-sORTIE RBE

RI 'Vi1 RIVB 0

RI VBR2 '- -E -V B R2

-- - -

Fig. 5 - Polarisa Fig. 7 - Distribution de la base Fig. 6 - Stabilisa tion et polarit dessans compensation tion thermique par courants et desthermique. La mi- rsistance en srie tensions dans un Fig. 8 - Polarisation par diviseur de tensionse au point est cri avec l'metteur et transistor du type fournissant les valeurs convenables pour lestique. diviseur de tension. n-p-n. tensions et les courants.

sistor. }:our des signaux faibles. dpend de l'intensitdu courant de l'metteur et de la tension du collecteur. En outre, la rsistance interne entre base etmetteur. varie d'un transistor l'autre. mme s'ilssont d'un mme type, et es t galement fonction de latemprature ambiante. En consquence, on peut constater qu e si l'on branche une rsistance, comme parexemple R 3 de la figure 9. en srie avec l'metteur,le courant de celui-ci sera pe u prs indpendant de svariations ventuelles de la rsistance interne' entrebase et metteur. Pour cela il faut d'ailleurs, que lavaleur de R3 soit beaucoup plus grande que la r sistance interne entre metteur et base. Il en rsulteque les caractristiques de fonctionnement d'un te l circuit ne seront pas sensiblement perturbes par des variations de la temprature ambiante, ou par le remplacement du transistor. tout au moins en ce qu i concerne la rsistance interne considre.

Dans ce montage, le courant de l'metteur et latension applique au collecteur proviennent de la m me source d'alimentation. Ceci est ralis au moyendu diviseur de tension form par les deux rsistancesRI et R2. Cette dernire rsistance (R2) doit tre devaleur assez faible ca r elle es t en srie dans le circuit du collecteur qui doit avoir une rsistance pe uleve. Cette faible rsistance du circuit permet d'avoirune tension de collecteur peu prs indpendante ducourant. Les -condensateurs CI, C2 et C3 sont le s condensateurs de dcouplage, ils drivent vers la masseles tensions BF.

La figure 10 donne le schma de principe d'un tageamplificateur couplage pa r rsistanc,; et capacit. Lesrsistances RI et R2 permettent d'obtl'nir la polarisation entre metteur et base, de la rrme faon quecelle dcrite au paragraphe prcdent propos de l 'amplificateur couplage pa r transformateur. De mme, R3rduit les variations du courant du collecteur qui peuvent tre provoques pa r les changements de temprature ambiante ou pa r le remplacement du transistor.

La principale diffrence entre le s deux montages r side dans le fait que dans l'amplificateur R-C, la rsi:stance R2 n'est pas dcouple par une capacit, car cel

le-ci se. c o m ~ o r t e r a i t comme ~ c o u r t - ~ i r ~ u i t p ~ u r le signal d entree provenant de 1etage precedent a tra-.,vers le condensateur de couplage Cl.

Les rsistances RI et R2 doivent tre de valeur leve par rapport la rsistance d'entre. Les capacits de couplage, CI et C2, doivent galement trede forte valeur afin d'offrir, mme au x frquencesles plus basses, un e faible ractance vis--vis de larsistance du circuit base-metteur.

Si. d'une part, la faible rsistance base-metteurd'un transistor ncessite l'utilisation de condensateursde couplage de capacit relativement leve, en comparaison de ceux utiliss dans les montages tubes.d'autre part, les tensions d'alip-,entation peu levespermettent d'utiliser des condel,sateurs faible tension de service, dont les dime",:ions restent dans leslimites acceptables.

ETAGES A TRANSISTORS EN CASCADEIl es t videmment possible de monter plusieurs e

tages amplificateurs transistors successivement lesun s la suite des autres pour constituer des amplificateurs BF de poids et de volume rduits. Considrantle fait que chacun de s deux tages peut tre de s troistypes dcrits plus haut (base commune, e.",ctteur commun 011 collecteur commun), on peut donc raliser autotal nellf combinaisons possibles, mais seules quatred'entre elles sont rellement utilises. Parmi celles-ci,la combinaison de la figure 11, comportant deux tagesmonts en metteur commun es t celle qui est la pluscouramment employe, c'est donc elle qu i retiendra plusparticulirement notr,' attention.

Dans les montages L0mportant plusieurs tages transistor en cascade, on utilise uniquement des transistors jonctions, ca r ceux pointes de contact prsentent l'inconvnient d'tre trs instables. Nous avonsvu qu e le principal avantage du montage avec metteur la masse rsidait dans la facilit avec laquelleon pouvait obtenir l'amplification maximale du transistor. Le gain en puissance d'un te l circuit est voisin de5 dB; i l se caractrise, en outre, par un e valeur moyen

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LA RADIOCOMMANDE

Une branche trs importante de la technique lectronique est la commande distance d'un objet mobile ou d'un mcanisme quelconque au moyen des ondes lectromagntiques (radiocommande). Cette possibilit a rendu et rend toujours des services considrables en permettant, par exemple, de faire des expriences sans la prsence su r place des oprateurs qu i

.. pourraient autrement tre exposs des gros .isques.De plus, cette branche de l'lectronique est pour quelques uns une source d'intrt et un moyen d'vasion,exactement comme l'mission d'amateur. Bien sr, dansce cas, il ne s'agit pas d'entrer en communication bilatrale avec les autres, mais d'envoyer des messagesparticuliers vers la station rceptrice qui obit inconditionnellement au x ordres reus. La radiocommandecomporte deux phases: transmettre des signaux donnset faire en sorte qu'au litu de rception, ces signaux amplifis et transforms, provoquent l 'ouverture ou la fermeture de circuit secondairE-S, par l'intermdiaire desquels sont actionns des dispositifs spciaux.

La technique de la tlcommande est exploite dansde nombreux domaines: nous citerons avant tout ledomaine scientifique et technique dans lequel quelquefois, rptons-le, il es t indispensable de manoeuvrer distance des appareils en prsence de gravesdangers (essai de vhicules d'un type nouveau, essai d'at.1errissage sans visibilit explosion ou raction nuclaire,vols trs haute altitude, immersions sous-marines des profondeurs considrables, etc ..); en deuximelieu, nous pouvons citer les commandes distance quisimplifient l'organisation des services d'intrt public(fonctionnement automatique des smaphores, fermeture et rouverture des passages niveau, e ~ c ... ). Chezles amateurs de radiocommande, un e intense activits'est manifeste dans le domaine des modles rduits(de bateaux ou d'avions); ces amateurs, en mettant enpratique leurs connaissances d'lectronique, russissent raliser d'intressantes expriences.

Avant d'entrer dans le dtail des principes su r lesquels se base cette technique, nous croyons bon d'tudier d'abord un organe qui, tant donn ses caractristiques, es t la base des applications de tlcommande: le RELAIS.

TYPES de RELAISPa r relais , en entend un dispositif lectr-omagn

tique, grce auquel il es t possible de transformer desimpulsions d'nergie lectrique _en impulsions d'nergie mcanique. Il existe de nombreuses versions de

relais comportant diffrents degrs de sensibilit etdiffrentes caractristiques de portfe.

Le type le plus simple es t celui illustr par la fi -gure 1, su r laquelle on remarque un lectro-aimant,un contact mobile - tournant autour du point d'appu i E - et un contact fixe D. Ce type de relais es tappel N.O. , initiales des mots Normalement Ouvert; en effet, comme on le remarque en observantla figure, quand .au x bornes du bobinage (A et B) iln'est appliqu aucune tension, l'lectro-aimant n'est pa sexcit, et le dispositif se trouve en position de repos(normale). Lorsqu'une tension suffisante est appliqueentre A et B, l 'aimant es t excit et attire le contactmobile (constitu par un e lame. de fe r doux), qu i vientainsi s'appuyer su r le contact fixe (D). Il est doncclair qu'en appliquant une tension convenable entreA et B, on ferme automatiquement le contact C et D.Il faut remarquer que les deux paires de c o n t a c t ~ sontentre elles parfaitement isoles; ainsi, les courants qu icirculent dans le circuit du bobinage d'excitation peuvent ne rien avoir en commun avec ceux qui circulentdans l 'autre circuit.

Un point particulier digne d'tre remarqu es t lefait qu e la petite lame mobile actionne par l'lectroaimant est monte de faon que, grce la prsenced'un ressort de rappel, elle tourne et se dtache ducontact fixe D, sitt que cesse la tension d'excitation.

La figure 2 reprsente un type analogue de relaisqui, la diffrence du premier, est du type N.F. (Normalement Ferm). En effet, les deux contacts Cet D sont ferms en l'absence d'excitation, et s'ouvrent,interrompant le circuit correspondant, sitt qu'est applique la tension entre le s points A et B.

Un relais est class d'aprs la sensibilit (c'est--direla tension ou, le courant exprims en volts ou en milliampres ncessaire pour attirer convenablement lapetite lame mobile, vainquant la force du ressort derappel et d'aprs la porte, c'est--dire l' intensit decourant qui peut passer travers le s deux contactsqu i se ferment ou s'ouvrent pendant l'excitation. C'estpour cela qu'il y a de gros relais, grce auxquels i les t possible de fermer ou d'interrompre les circuitsdans lesquels circulent des courants de plusieurs cen- taines d'ampres et , l 'autre extrmit de la gamme,de trs petits relais, appels microrelais, employs pourinterrompre ou fermer le s circuits dans lesquels circulent des courant trs faibles. Bien entendu, du mo ment que les dimensions (e t par consquent le poids)des contacts sont en rapport avec l'intensit du cou-

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6 - V OTRE CARRIERE

~ R E S S O R T e cA J l 8J ~ L

Fig. 1 - Principedu relais. Le courant excite le noyau qui attire lecontact mobile quitourne autour dupoint d'appui E,fermant le circuitC-D.

Fig. 2 - Dans cecas, le fonctionnement est exactement le contraire parce que !;excitation du .noyauouvre les deuxcontacts.

Fig. 3 - Exemplede relais multiple.Dans ce type, lapetite lame, en sedplaant, fermeles deux contactssuprieurs et ouvre les deux contacts infrieurs.

Fig. 4 - Principe du relais mercure. L'inclinaison de l'ampoule versla gauche provoque ledplacement du mercure de ce ct. Dans cecas, le contact entre lemtal et l'lectrode immerge dans la positionindique par la figure,est interrompu.

Fig. 5 - Type derelais mercure,normalement ouvert.

rant qui circule dans le circuit command et avec le sexigences correspondantes d'isolement, l'nergie ncessaire pour l'excitation es t elle aussi en relation avecla porte du relais.

Le principe dcrit maintenant, est utilis pour laconstruction de relais plus complexes: le mouvementde la petite lame mobile, en effet, peut tre exploitpour fermer .ou ouvrir deux ou plusieurs contacts si multanment; ou bien pour en fermer quelques un set Eon ouvrir d'autres en mme temps: en pratique, i ls'agit de faire en sorte que le mouvement de la petitelame mobile attire par l'lectro-aimant, exerce soninfluence su r plusieurs contacts mobiles, transmettantson mouvement travers des connexions mcaniquesconstitues par des plaques ou de petites barres dematire isolante. La figure 3 - pa r exemple - montr e le schma d'un relais dans lequel la petite lamemobile, lorsqu'elle se dplace, ferme deux .contacts eten ouvre deux autres au mme moment. Dans ces typesde relais, le rle de l'nergie d'excitation es t simplement de faire en sorte qu e le noyau s'aimante, attirantainsi la petite lame. Cette nergie peut en consquencetre indiffremment courant continu ou alternatif .

Il existe un autre type de relais, di t polaris ,dans lequel le noyau (ou la petite lame mobile) estun aimant permanent. Pour cette raison , lame et noyause touchent en l'absence d'excitation. Dans ce cas, l 'excitation doit tre telle qu'elle neutralise l'aimantationdu noyau, crant un champ magntique de polaritinverse. Dans cette application , le courant d'excitationdoit tre continu et doit avoir une polarit dterminepuisque, dans le cas contraire, il tendrait renforcer lechamp de l 'aimant permanent au lieu dt' la neutraliser.

Un autre type encore qu i est employ quelquefoisdans le domaine de la tlcommande est celui durelais mercure. Le principe de fonctionnement estillustr pa r la figure 4, su r laquelle on remarque un eampoule de verre contenant un e certaine quantit demercure et un contact immerg dans ce mtal. On saisi t que si l'ampoule est incline de faon ce que le mta l liquide se porte vers la gauche (tournant autourde son centre, dans le sens indiqu par le s flches)

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le contact entre le mrcure et l'lectrode mmrge es t interrompu. Il s'agit d'un relais mercure du ty peNF. La figure 5 reprsente le mme relais en versionNO; dans ce cas, l'inclinaison de l'ampoule dans lesens indiqu par le s flches provoque la fermeturedu contact.

Dans le s deux cas, le mercure es t en contact avecun conducteur extrieur, par l'intermdiaire d'une couche de vernis mtallique dpose su r la surface interne de l'ampoule et l'lectrode es t relie un conducteur qui, passant travers le verre, le met encontact avec l'extrieur. Le mouvement de l'ampoule,ncessaire pour actionner le relais, peut tre dterminsoit par l'inclinaison de l'appareillage tout entier surlequel est monte l'ampoule , soit par un lectro-aimantdu type dj dcrit.

Pour viter que les ouvertures et les fermeturesfrquentes des contacts d'un relais provoquent une oxydation du e au x tincelles qui se produisent, ces contacts sont habituellement argents, ou platins, ou trai-t s par des aciers spciaux. Dans le relais mercure,"'---au contraire, l'oxydation es t pratiquement impossibleparce qu' l 'intrieur de l'ampoule, on a fait le vide.Dans ce ca s il manque l'oxygne qui, en se combinantavec le mtal , provoque l'oxydation.

EMPLOI des RELAISpour la COMMANDE des CIRCUITS

II es t facile d'imaginer combien d'applications utiles et intressantes il es t possible de raliser avec lesrelais. Considrons, par exemple, la figure 6. On re marque un moteur lectrique, M, auquel est fixe lapoulie (P). Le moteur est actionn par la batterie Bet le circuit se ferme pa r le s contacts du relais (R).Si ce dispositif est porte de la main de l'oprateur,un interrupteur quelconque, qu i serait reli la placedes contacts du relais, pourrait mettre en marche ouarrter le moteur, selon le s besoins. Si, au contraire,le dispositif es t grande distance de l'oprateur, lacommande de fermeture ou d'ouverture du circuit quienvoie l'nergie lectrique au bobinage d'excitation peuttre du e une impulsion reue par radio, sous forme


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Fig. 6 - Exemple decommande d'un circuit par l'intermdiaire d'un relais. Le mo-teur M, qui actionnela poulie P, fonctionne seulement quandle relais R est excit,par suite de l'application d'une tensionaux bornes de sonbobinage.

Fig. 7 - Circuit de commande relais, pour l'inversion du sens de rotation d'un moteur courant continu.

de modulation d'une porteuse, et convenablement am .plifie.

La figure 7 reprsente une application intressanted'un relais pour commande distance: le moteur M,fonctionnant su r courant continu et aliment par labatterie B, peut tourner dans un sens ou dans un autre,selon la polarit avec laquelle i l es t aliment par labatterie. En agissant su r le relais R qui actionne in directement le double commutateur (C l et C2), i l es tpossible d'inverser cette polarit. De cette faon, si Mentrane - par exemple - l'hlice d'un bateau, lefonctionnement du relais permet de commander soitla marche avant, soit la marche arrire du bateau.

Les applications du relais sont - comme on l' adi t - trs nombreuses. Prenons un autre exemple:ocservons le montage illustr schmatiquement par lafigure 8. T reprsente la projection verticale d'un ti mon, tournant autour du point fixe F et actionn parla barre B de fe r doux. Au repos, le ressort M, so lidaire de la barre d'un ct et avec un point fixe del'autre, le maintient parfaitement droit. En excitantle relais Rl, la barre sera attire pa r l 'aimant ettendra vaincre la force de traction exerce par leressort avec une force d'autant plus grande que l'excitation du relais sera, elle aussi, plus grande. Letimon se dplacera donc vers la droite. Bien entendu,en excitant le relais R2, on obtiendra le deplacementdu timon vers la gauche. Une fois interrompue l'excitation du relais, le ressort remettra automatiquement le timon dans la position intiale. Aprs ces explications prliminaires, ncessaires pour comprendre leprincipe ds base de la radiocommande, nous pouvonsentreprende l'tude de cette branche de l'lectronique.

COMMENT ON REALISE LA RADIOCOMMANDELe principe lectronique de la radiocommande est,

dans ses grandes lignes, extrmement simple. L'oprateur dispose d'une station d'mission (dont l'importance dpend des caractristiques de tout le systme)qui peut mettre des signaux radiofrquence dansune gamme dtermine et avec une longueur d'ondedtermine. Ces signaux, leur tour, peuvent tre

l R2....-- ....

f lnRESSORTFig. 8 - Mthode de commande d'un timon (oude tout autre dispositif),grce deux relais agissant eh sens oppos.

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n v n v n ~ n;vnv AJJv Annnnonnnnnnnr v w w v v r v v v v ~ 1 BJ Ao,.oA Do .nD Do . ctTI[V 0 'vvvo " u ~ u o Fig. 9 - Reprsentation graphique de 3types de signaux: A, impulsions, B, amplitude constanteet C modulationd'amplitude bassefrquence.

constitus pa r des impulsions de haute frquence, comme le montre la figure 9-A, ou par des oscillationspermanentes d'amplitude constante (figure 9-B), ouencore pa r des oscillations modules en amplitude avecun e ou plusieurs frquences basses, comme le reprsent l figure 9-C. De toute faon, sur le panneaude commande de l 'metteur sont prvus divrs typesde commandes ( leviE:T, poigne, bouton-poussoir,etc .. ), ncessaires pour donner l'onde porteuse lescaractristiques voulues.

Sur l 'objet tlcommand (que ce soit un modlerduit d'avion, de bateau, d'automobile, de train, etc .. ),est install un rcepteur miniature accord su r la mme frquence que l 'metteur et aliment par des batteries contenues dans le mme modle rduit. Le moyen par lequel les commandes transmises sont reueset accomplies es t en tout point analogue la rception radiolectrique dont nous nous sommes occupsjusqu' maintenant. Le s commandes transmises distance, qu'elles le soient sous la forme d'impulsions oude sons modulants, sont enregistres et appliques, sousforme de courants lectriques proprement dits, unou plusieurs relais. Ceux-ci, leur tour, mettent enmarche d'autres dispositifs lectromcaniques (moteurs,manettes, rouages, etc .. ), profitant de l'nergie lectrique distribue par des batteries spciales, elles aussi installes bord du modle rduit.

De cette faon, le s diffrentes commandes transmises distance provoquent la mise en marche d'un petitmoteur, ou son arrt, le dplacement d'un levier dansun sens dtermin, l'allumage d'une petite lampe, etc ..

Il existe des installations de tlcommande beaucoupplus simples, c'est--dire munies d'une seule commande laquelle est appliqu le signal par un e pre!;sionsur un unique bouton de l'metteur. Dans ce cas, bienentendu, on peut mettre ou recevoir un seul typede signal. Malgr cela, on a pu comme nous le verrons, exploiter galement un signal unique pour obteni r sparment diffrentes actions successives, comme par exemple la mise en mouvement du modlerduit, le virage droite, le virage gauche, la marche arrire et E:nfin l'arrt. D'autres types d'installa-

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8 - VOTRE CARRIERE

ANTENNE

BOUTON A B

Fig. 10 - Trois types d'metteurs: en A, type simple, avecmodulation impulsions; en B, type double, pour la t r a n ~ -mission sur deux frquences diffrentes, avec deux antennesdistinctes et, en C, metteur simple avec possibilit de va-riation de la frquence de la porteuse.

tions, au contraire, permettent d'adresser plusieurs or dres simultanment; dans ce cas il es t possible, parexemple, de faire en sorte que le modle rduit sedplace avec un mouvement rectiligne et que successivement il vire droite ou gauche, en mettant simultanment des signaux acoustiques (o u lu mineux) du ct correspondant au virage. Il est galement possible de le faire marcher en sens inverse (marche arrire), en le faisant mme virer d'un ct.

TYPES D'EMETTEURSDans le cas le plus simple de "commande unique

prcdemment cit - l 'metteur est comparable ungnrateur de signaux haute frquence.

La figure 10-A reprsente symboliquement un metteur de ce type; le bouton poussoir, visible su r lepanneau de commande, permet simplement, comme unbouton tlgraphique ordinaire, d'insrer ou de supprime r la tension anodique. Dans ce cas, quand la tension est applique, le signal modul est rayonn etl'engin tlcommand reoit l'ordre. En l'absence detension anodique, au contraire, on n'a aucune transmission d'ordre et l'engin reste dans les conditions danslesquelles il avait t mi s pa r la dernire commande.

Pour la transmission spare ou simultane de deuxou plusieurs ordres, la premire solution t"rouve (e tqui, bien qu'tant la plus complexe et la plus coteuse, es t encore employe dans des cas spciaux), consiste dans l'emploi de deux ou plusieurs metteursfonctionnant su r des frquences diffrentes, comme su rla figure 10-B, ou d'un metteur unique avec possibilit de variation de la frquence porteuse. Dans cecas, naturellement, puisqu'il n'y a pas un cerveau qu ipuisse faire varier l'accord du rcepteur sur l 'objet t lcommand, il y a besoin d'autant de rcepteurs qu'ily a de frquences su r lesquelles il est possible d'envoyer des ordres (Figure 10-C).

Le progrs technique a de toute faon permis lasolution de ce problme de faon beaucoup plus simple, c'est--dire grce un metteur unique fonctionnant sur une frquence porteuse unique, et . modul enamplitude par plusieurs frquences. Le nombre de fr-

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Fig. 11 - Principede l'metteur designaux modulation d'amplitude, avec modulateur spar. .

ANTENNE

BOUTONSDE COMANDEINTERRUPTEUR

Fig. 12 - Emetteur complet, alimentation autonome, de typeportatif.

quences de modulation, comprises dans la gamme desfrquences acoustiques, es t fonction du nombre de commandes que l'on dsire pouvoir transmettre; chacuned'elles, en effet, dtermine le fonctionnement d'un mcanisme particulier sur l 'appareil radiocommand.

Dans les metteurs de ce type, comme on le re marque sur la f i g u : r ~ !1 , il y a un gnrateur d'ondes haute frquence et un modulateur qui, dans le ca sreprsent, peut moduler la porteuse avec quatre frquences diffrentes. Pour communiquer le s divers ordres, il suffit de rgler le modulateur sur la frquencecorrespondant la commande voulue et , ensuite, d'appuyer su r le bouton poussoir de l'metteur.

Da;ns les modles rduits radiocommands, la frquence de la porteuse doit tre, la loi l'exige, choisiedans dtos gammes dtermines; la puissance est limite moins de 5 watts et la porte utile est de quelqueskilomtres dans les meilleures conditions. L'antennees t souvent du type vertical, tlescopique, semblable celle employe parfois pour les installations desautomobiles. Bien entendu, pour avoir le rendementmaximum, l 'antenne d'mission doit tre accordeavec beaucoup de soins, ce que l'on fait en lu i donnant un e longueur gale un quart exact de longueurd'onde. Si l 'antenne tait ainsi trop encombrante, on pourrait la rgler sur sa longueur lectrique en r duisant la hauteur et en compensant la diffrence parune inductance en srie (voir ce sujet ce qu i es tdit page 995). Le s metteu['s de ce type peuvent tre tube ou transistors; dans ce cas, on obtient l'avantaged'une consommation, d'un poids et de dimensions minimales: cela toutefois n'est pas aussi important dansce cas que pour le rcepteur, qui doit tre install bord du modle rduit.

Dans le langage technique, la transmission des impulsions ou des commandes correspondant au x sonsde frquence diffrente, est appele codification: lorsde la rception, la fonction d'interprtation des signauxtransmis es t appele dcodification. Cela vient du faitcjue la nature des signaux eux-mmes constitue, parrapport aux caractristiques de fonctionnement du systme, un code autentique.


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Fig. 13 Installation d'une antenne horizontale surun modle rduitd'avion.

Fig. 14 Installation d'une antenne verticale surun modle rduitd'automobile radioguide.

Pour assurer une bonne stabilit de la frquence,ncessaire pour qu'un signal transmis soit effectivement niu , les metteurs sont gnralement du type contrle par quartz . Les modulateurs pour la production des signaux en code sont, au contraire, desoscillateurs normaux du type RC ou LC pour frquences acoustiques. La frquence de modulation peut va rier si l'on agit su r un certain nombre de boutons-poussoir, chacun d'entre eux insre une capacit dtermin e en parallle su r le circuit d'accord de l'oscillateurde basse frquence . Un dernier dtail, que nous devons mettre en vidence, est que - pour des raisonsqu e nous verrons d'ici peu lors de l 'tude du fonctionnement des rcepteurs - ces frquences doiventtre assez loignes l'une de l 'autre dans le spectrequi les comporte et , de plus, aucune d'entre elles nedoit avoir une valeur gale celle de l 'harmoniqued'tme autre, ni trs proche de cette dernire. Dans lecas contraire, si un signal a une frquence - de 250 Hz.pa r exemple - et un autre , correspondant une commande diffrente, a une frquence de 500 Hz, le risque que chacun d'e:ux fasse vibrer simultanment deuxlames est important. La figur(. 12 montre l'aspect d'unmetteur complet, comportant un modulateur et un ebatterie d'alimentation . On remarque le systme defixation de l'antenne tlscopique su r le ct et la prsence des diverses commandes (interrupte:ur d'allumage, contrle d'accord et boutons-poussoir de commandesuffisants pour lancer six ordres diffrents).

TYPES de RECEPTEURSComme on l' a dit, le rle d'un rcepteur est de capter

les signaux provenant de l'metteur, et le s dtecter,en les transformant en courants le:ctroniques ayantune intensit suffisante pour actionner le s diffrentssystmes qui permettent d'excuter l'ordre reu.

Dans le ca s auquel nous nous rfrons, c'est--diredans le ca s des petits modles radioguids de bateaux,avions, etc .. , le rcepteur peut tre, comme l 'metteurlui-mme, soit tubes, soit transistors. Naturellement, ces derniers, surtout aprs les rcents progrs quion t permis le fonctionnement avec une bonne stabili-

BAT T ERIES

Fig. 15 Le rcepteur le plus simplese compose d'un tage, aliment par unebatterie, et d'un relais, mis en marchepar le signal re ;u.

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Fig. 16 Dans lesinstallations plus com-plexes, il existe lasortie plusieurs relaisslectifs, excitablessparment par diverses frquences de mo-dulation.

t et un bon rendement, mme dans le domaine desondes trs courtes (VHF), so,nt apparus plus pratiquespour un poids moindre, un encombrement infrieur etla ncessit d'une alimentation beaucoup plus rduite.

Il s'agit toujours de rcepteurs extrmement sensibles, qui, pour diverses raisons d'encombrement et depoids, doivent avoir un nombre minimum d'tages. Pourette raison, il s'agit souvent de circuit surraction:dans ce cas, en effet, il n' y a ni tage de pramplification haute frquence, ni tage amplificateur frquence intermdiaire.

Selon le s dimensions du modle radioguid, l 'antenne peut tre constitue par un conducteur qu i s'tendsu r toute la longueur de l'objet (s'il s'agit d'un avioncomme il es t reprsent pa r la filgure 13), ou verticalement , comme il es t reprsent pa r la figure 14.

Dans les grandes lignes, on peut affirmer que le s circuits de s rcepteurs utiliss dans ce but sont peuprs toujours les mmes: il s'agit - rptons-le -d'un tage dtecteur, fonctionnant en superraction,smv1 ou non d'un ou plusieurs tages d'amplificationde basse frquence. Naturellement, dans le s modlesles plus simples, dans lesquels le signal retransmiscommande u n ~ seul relais, celui-ci ,Peut tre du type trs grande sensibilit, de telle faon que mme uncourant trs faible (comme celui provenant du signal)puisse l'exciter. Dans d'autres cas, au contraire, lorsqu'ils'agit de dispositifs plus complexes, le rcepteur doitfournir avant tout la sortie, des signaux de B.F. ayantdiffrentes frquences (chacune d'entre elles excitantun relais dtermin) et , de plus, il es t opportun de disposer d'une certaine amplification pour fournir cesrelais un courant d'excitation d'une certaine intensit.

On remarque su r la figure 15 la reprsentation schmatique d'un rcepteur employ pour une modulationsimple impulsions. Le rcepteur, aliment par un eou deux batteries, selon qu'il est transistors ou tubes, respectivement amplifie les impulsions reueset le courant correspondant excite le relais reli lasortie . Celui-ci, son tour, ferme le circuit qui actionne des dispositifs mcaniques sur lesquels nous noustendrons d'avantage d'ici peu .

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1 0 VOTRE CARRIERE

A.8 E9

JrnFig. 17 . Mthode lectro-mcanique pour obteni r diffrentes. commandes en employant un seul relais non slectif.Grce la rotation d'un excentrique, il est possible d'obtenir cinq positions diffrentes de la barre commande. Laforce qui dtermine la rotation de la roue quatre dents est due un lastique de caoutchouc qui a t prcdemment charg en le tordant.

La figure 16 prsente, au contraire, un ca s plus complexe: il s'agit d'un rcepteur, analogue au prcdent,mais de plus grande puissance , la sortie duquel sontrelis trois relais. C h a c u ~ d'eux peut tre excit' parun signal mis par l'metteur, ayant une frquence dtermine. Dans ce cas, si les frquences de modulationd'metteur sont - pa r exemple - 50, 120 et 220 Hz,on peut faire en sorte que , grce au x systmes quenous rencontrerons les trois signaux excitent respectivement les relais 1, 2, 3. Naturellement, tant donn la simplicit ncessaire des circuits, chaque signaldoit tre transmis sparment. Grce ce systme, ile ~ : : t donc possible de lancer trois ordres diffrents. Sipa r exemple, le modle rduit est dj prvu pour lamarche avant, on peut faire en sorte qu'un signal corresponde au virage droite, un autre au virage gauche et un troisime enfin la marche arrire.

Naturellement, en augmentant le nombre de relaiset le nombre de frquences de modulation, et en re courant pour quelques canaux l'emploi de relais pluscomplexes (avec plusieurs circuits, comme il es t in diqu la figure 3), il es t possible de lancer un nombr e d'ordres plus grand et simultanment, de faire ensorte que quelques uns d'entre eux provoquent plusieurs ractions de la part du modle rduit. Il est ainsipossible, grce des montages relativement complexes,de raliser des modles rduits qui, en rponse aux ordres transmis, effectuent toutes les manoeuvres qui peuvent tre effectues pa r un batE.au ou un vritable avion.

TYPES de DECODEURSOn a dj vu qu e la dcodification es t l 'interprta

tion des ordres transmis par radio. En substance, l'action est analogue celle de l 'tag dtecteur d'un rcepteur radio ordinaire: le dtecteur (suivi ou no nd'tages amplificateurs B.F.), fournit les signaux

' frquence audible et le haut-parleur ou les couteursle retransforment en ondes sonores. De la mme faon, le rcepteur de radiocommande fournit le s signauxutiles en courant alternatif et le ou le s relais relis lasortie, les transforment en mouvements mcaniques.

Le dcodeur le plus simple, est celui dj reprsent

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par la figure 15. En effet, on saisit que, tant que le si gnal es t transmis, le relais continue fonctionner; l'action cesse lorsque le relais se met en position de repos,dtermine par le ressort de rappel (voir figure 11),quand le signal n'intervient plus.

Le systme de transmission modulation simple peuttre ultrieurement perfectionn en ajoutant un relaisdu type reprsent su r la figure 17-A. On remarqueun lectro-aimant (1); i l attire la petite ancre mobile(2) en tournant autour du pivot (3). Celle-ci, selonsa position, permet ou no n la rotation de la roue dente 4 dents (4), qu i se procure l'nergie ncessaire sa rotation grce un lastique prcdemment c: charg en le tordant sur lui-mme. La petite ancre etla roue dente sont montes de faon que, pour chaque dplacement de la premire, la seconde puisse accomplir seulement un huitime de tour, jusqu' cequ'elle vienne heurter le second bras de la petite ancre,qui joue le rle de bute. La cessation de l'excitationdu relais libre la bute et la roue accomplit un autrehuitime de tour.

Il faut se rappeler qu e quatre impulsions de transmission correspondent - en fait - huit interventionssu r le relais. En effet, chaque fois qu e le bouton-poussoir de l 'metteur es t abaiss, le relais n'est plus excit.Les deux mouvement de bouton-poussoir correnspondent donc 1/4 de tour de la roue dente. Avec l'mission de quatre impulsions, la roue accomplit un tourcomplet.

Sur la figure, on remarque en outre. un tourillon fix l 'une des dents de la roue (5); celui-ci, dans sa ro tation, entrane un e rainure solidaire d'une barre (6).En observant le s figures .suivantes, (17-B et 17-C, etc ..),il est vident que la barre peut pre:ndre huit positionsdiffrentes, dont quatre correspondent au x excitationssuccessives du relais et les quatre autres au x conditionsde repos.

Si la barre est solidaire (par exemple) d'un t i m o ~ on comprend qu'en partant de la position initiale(barre droite), et si la roue peut tourner grce l'lastique dans le sens des aiguilles d'une montre, le modlerduit radioguid pourra aller tout droit, puis tourner


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A

B

Fig. 18 - Variation de la vitesse, par unecommande relais, obtenue en fermantalternativement les deux canaux d'aspiration de l'air A et B.

lgrement droite, ensuite, lors de la cessation del'excitation du relais, i l peut prendre un virage droiteavec un rayon rduit. Puis, aprs avoir subi les impulsions successives,. il peut reprendre la position du virage droite, direction rectiligne, virage gauche, et c ..

Dans ce cas, condition de disposer d'un. metteuravec une seule frquence de modulation, i l es t possible d'obtenir cinq positions diffrentes du timon. Aupremier abord, i l pourra paratre incommode de devoirpasser par le virage droite avant de pouvoir obtenir levirage gauche; toutefois, dans la pratique, il est facile de se rendre compte que la rponse mcanique esttrs lente par rapport la rapidit avec laquelle i l es tpossible d'intervenir sur l'metteur par l'intermdiairedu bouton-poussoir correspondant. Par consquent, enpartant de la position de repos, (figure 17 -A), i l suffi t d'appuyer et de r e l ~ c h e r deux fois le bouton_;poussoir, puis de rappuyer et de rester dans cette position,pour avoir - par exemple - un virage gauche.

Avec ce mcanisme il est possible de raliser une au tr e intressante application: si, au lieu du timon, labarre dplace par la roue dente actionne un commutateur 5 positions (2 par ct et une centrale), i l es tpossible d'obtenir diffrents types d'actions, comme parexemple l'allumage d'une petite lampe, le tintementd'une sonnerie, la mise en marche avant, la marchearrire ou l'arrt.

Les dispositifs de ce type, employs dans le domainedu radioguide des modles rduits, sont trs nombreux.Puisqu'ils sont tous bass su r les mmes principes e tque - d'autre part - il s peuvent tre construits avecune relative facilit ou tre achets chez des revendeurs spcialiss, nous dcrirons seulement une seconde version et nous nous occuperons ensuite des relaismultiples pour installations plus complexes.

La figure 18 reprsente la mthode grce laquellei l est possible de

Cours de technique radio Tome2

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