Récepteur à réaction
3-4 & 5.5-18 MHz

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F5LVG

Olivier Ernst

Ce type de récepteur disparu quasiment complètement lors du passage des tubes aux semi-conducteurs. Pourtant, il est possible de construire des récepteurs aussi simples et aussi performants en employant des semis conducteurs.

Le récepteur décrit ci-dessous est conçu pour pouvoir être réalisé par un débutant. Il emploie des composants robustes. Il ne nécessite aucune commutation. Un seul circuit oscillant doit être réalisé. Le récepteur ne comportera donc qu'une seule gamme de 5,5 à 18 MHz. Il sera possible de recevoir les principales bandes de radiodiffusions ondes courtes ainsi que les bandes amateurs des 20 m et des 40 m, en BLU comme en télégraphie. La réception des stations amateurs américaines émettant en BLU sur 20 et est 40 m est possible avec une antenne extérieure et le doigté dans le réglage de la réaction et du couplage de l'antenne. Une variante prévue uniquement pour les 2 bandes amateurs 40 m et 80 m est décrite à la fin.

Le principe d'un récepteur à réaction est simple. La sélectivité est due à un unique circuit oscillant composé d'une bobine et d'un condensateur variable, accordés sur la fréquence de la station à recevoir. Moins ce circuit sera amorti, plus le récepteur sera sélectif et sensible. Dans la réalité, un circuit oscillant présente toujours des pertes. Il est possible de compenser celle-ci en reliant le circuit oscillant à l'entrée d'un étage amplificateur, puis en ramenant à partir de la sortie de cet étage un signal correspondant exactement aux pertes sur le circuit oscillant. Si le signal ramené sur l'entrée est supérieur aux pertes, le circuit se met à osciller. À l'inverse, si le signal ramené sur l'entrée est trop faible, la sensibilité et la sélectivité du montage diminuent rapidement.

Notre circuit oscillant sera donc relié à l'entrée d'un transistor (base). Pour la sortie du transistor, nous utiliserons l'émetteur afin que le signal de sortie soit en phase avec le signal d'entrée. L'émetteur du transistor sera donc lui aussi relié au circuit oscillant, plus exactement sur une prise intermédiaire de la bobine. En faisant varier la tension appliquée sur la base du transistor, il est possible de régler son gain et donc la valeur du signal réappliqué sur le circuit oscillant. Le réglage qui correspond au moment où le transistor rentre en oscillation s'appelle l'accrochage. Juste après ce point (position accrochée), cette oscillation créera des interférences avec les ondes reçues par le récepteur. Cela permettra de décoder la télégraphie et de démoduler la BLU. Pour démoduler la modulation d'amplitude, il faut se tenir juste avant l'accrochage (position décrochée), afin d'éviter des sifflements d'interférence. Ce transistor, du fait de sa caractéristique non linéaire, permet la détection des signaux et donc une démodulation de la BLU, de l'AM, et de la télégraphie.

À la sortie du transistor détecteur à réaction, les signaux sont extrêmement faibles. Il faut donc le faire suivre d'un amplificateur AF à grand gain. L'utilisation d'un circuit intégré est tout indiquée pour cette tâche.

Le couplage de l'antenne à un étage détecteur à réaction est critique du fait de trois problèmes. Premièrement, plus l'antenne est couplée au circuit oscillant, plus celui-ci est amorti, et le récepteur peu sélectif. Deuxièmement, si le récepteur n'est pas parfaitement relié à la terre, les mouvements de l'opérateur peuvent modifier les caractéristiques de l'antenne et donc les caractéristiques du circuit oscillant. Dès que l'opérateur bouge les mains ou le fil du casque, la fréquence change : c'est l'effet de main. Il devient impossible d'écouter correctement une émission BLU. Troisièmement, en position accrochée peuvent survenir d'importants ronflements à 50 Hertz. En effet, en position accrochée, l'étage détecteur devient un véritable émetteur relié à une antenne. Ce signal radio fréquence peut être capté par les fils d'alimentation secteur. De là, il parvient aux diodes de redressement qui sous l'influence de l'onde radio fréquence et de la tension 50 Hertz se transforme en un véritable modulateur d'amplitude. Cette onde radio fréquence désormais modulée en 50 Hertz parvient par les fils d'alimentation au récepteur. Celui-ci reçoit donc cette "puissante" onde modulée qui couvre toutes les autres stations. Pour éviter ce ronflement extrêmement important en position accrochée, il ne faut pas que l'oscillation naissant dans l'étage détecteur à réaction parvienne à l'antenne. Il faut aussi mettre en parallèle des diodes de redressement de l'alimentation des capacités de 10 nF pour éviter qu'elles ne se transforment en modulateur. Toutes ces raisons font qu'il est quasi indispensable d'intercaler entre l'antenne et l'étage détecteur à réaction un étage amplificateur R.F. dont le principal rôle est plutôt d'être un étage séparateur. En pratique, pour des raisons de simplicité évidente, cet étage doit être apériodique, c'est-à-dire que son circuit d'entrée est à large bande. Pour ne pas charger le circuit oscillant de l'étage détecteur à réaction, son impédance de sortie doit être élevée. Enfin, il faut la meilleure isolation possible entre l'entrée et la sortie ainsi que la meilleure linéarité possible. De multiples expériences ont montré que le montage en base commune (entrée sur l'émetteur, sortie sur le collecteur) est le meilleur dans ce cas.

Le schéma du récepteur est donc facile à comprendre. L'antenne est reliée à un potentiomètre de 1kohm afin d'éviter une saturation de l'étage d'entrée. Le transistor bc557b est monté en étage amplificateur R.F. apériodique. Le condensateur de 100 pf et la self de choc VHF servent à éliminer d'éventuelles stations de la bande FM. La sortie de ce transistor est appliquée sur une prise intermédiaire de la bobine du circuit oscillant. Celui-ci est relié par un condensateur de 100 nF au transistor bc547b qui sert d'étage détecteur à réaction. Le transistor ne détecte pas par la grille comme le ferait un tube électronique. Il est indispensable que le condensateur couplant le circuit oscillant à la base ait une impédance très faible en RF comme en AF, d'où le choix d'une valeur de 100 nF. Les deux potentiomètres de 4,7 et 47 kohm permettent de régler le gain de cet étage. La sortie de ce transistor correspond à l'émetteur. Le signal, d'une part retourne au circuit oscillant sur la même prise intermédiaire que l'étage RF et d'autre part à travers un filtre passe-bas de 10 kohm et 10 nF à l'étage amplificateur AF. Cet étage amplificateur AF est constitué d'un unique circuit intégré tda2003. Il permet une écoute puissante au casque. L'alimentation est faite sous 5 V, sans que cela soit critique (4,5 à 6 V). Un condensateur de 100 µF est indispensable pour avoir un bon découplage à la masse de la tension d'alimentation. Enfin, pour obtenir un réglage fin de la réaction et de la fréquence de réception, un système de vernier est utilisé au niveau des potentiomètres alimentant l'attention de la base de l'étage détecteur à réaction, et des condensateurs variables du circuit oscillant.

Le choix de la fréquence de réception et la sélectivité ne dépendent que du circuit oscillant et du réglage de la réaction.

La quasi-totalité des composants est disponible chez tous les revendeurs de pièces électroniques. Seuls les condensateurs du circuit oscillant sont difficiles à trouver. Les deux condensateurs variables doivent être à air et avoir une démultiplication intégrée d'au moins 3 tours. Il est probable que vous deviez les acheter à l'étranger. Le plus simple est de rechercher sur le site de vente aux enchères ebay* avec les trois mots clés suivants : « variable air capacitor » dans les recherches approfondies. Personnellement, j'utilise deux condensateurs variables ayant chacun 2 cages de 370 et 320 pF. Pour couvrir la gamme de 5,5 à 18 MHz, la valeur totale du condensateur variable doit être de 500 pF, au minimum. J'ai donc mis les 2 cages en parallèles. Pour le réglage fin, il faut mettre en série avec une des deux cages du deuxième condensateur variable un condensateur fixe de 27 pF. Ce condensateur de 27 pF doit avoir une bonne stabilité en température. Il faut donc utiliser un condensateur NPO, styroflex ou mica argenté. A défaut, je conseille d'utiliser un condensateur ajustable de 40 pF.

Le montage utilise deux plaques de bakélite cuivrée mesurant 15 * 20 cm. La première plaque est horizontale, le cuivre vers le haut, et repose sur quatre pieds constitués par quatre équerres de 5 cm. La deuxième plaque sert de face avant, la surface cuivrée étant orientée vers l'arrière. Elle est fixée sur les deux équerres servant de pieds avant. Pour obtenir une bonne rigidité, il faut ajouter deux autres équerres fixées au-dessus de la plaque horizontale. On obtient ainsi un châssis en forme de chaise. Il est préférable de faire tous les trous pour la fixation des condensateurs variables, des potentiomètres, de la prise d'antenne, de l'arrivée d'alimentation et de la sortie casque avant l'assemblage définitif du châssis. En fin d'assemblage, il est utile de souder la plaque horizontale à la plaque verticale entre les deux condensateurs variables pour améliorer encore la rigidité du montage. Une astuce permet de réaliser à coût modique des points de connexion isolés de la masse pou réunir différents composants. Il suffit d'utiliser 2 résistances de 10 ou 4,7 Mohm, de torsader leurs pattes, et de les souder (d'un seul côté) à la plaque de bakélite cuivrée. La connexion qui est soudée à la masse peut être pliée horizontalement à 90° de façon à ce que les résistances de 10 ou 4,7 Mohm soient en position verticale juste au-dessus de la plaque. Dans la grande majorité des montages, une résistance de plus d'un Mohm entre un composant et la masse est totalement négligeable. C'est presque une résistance infinie ! Le schéma d'implantation montre clairement comment disposer les éléments. Seule la connexion entre la bobine d'accord et le condensateur de 500 pF doit être la plus courte possible. Les deux condensateurs variables doivent obligatoirement être fixés sur la plaque horizontale et non sur la face avant.

La bobine d'accord est réalisée avec du fil de câblage monoconducteur à isolation PVC (câble YV). Le diamètre extérieur du câble est de 1,1 mm, le diamètre du conducteur 0,5 mm, et sa section 0,2 mm². J'ai effectué la bobine sur un mandrin cylindrique de 22 mm de diamètre. Il s'agissait d'une vieille lampe noval. La bobine doit comprendre 7 spires, ce qui correspond à 1,4 µH, avec une prise intermédiaire à deux spires. Il faut commencer par bobiner les deux premières spires. Puis, il faut effectuer une boucle de 3 à 4 cm perpendiculaire à la bobine. Cette boucle est torsadée à sa base sur 2 ou 3 tours. Ensuite, il faut continuer la bobine en enroulant les cinq derniers tours. Les sept spires doivent être tassées les unes sur les autres. À ce moment, il faut couper le fil de sortie en lui laissant une longueur nettement supérieure au fil d'entrée afin de distinguer les deux connexions (la courte ira vers la masse). Il reste à torsader ensemble le fil d'entrée et le fil de sortie, puis retirer la bobine du mandrin (la lampe dans mon cas). Pour améliorer la rigidité de la bobine, il faut encore torsader 2 petits fils autour de la bobine, en haut et en bas. Ces deux petits fils doivent être isolés pour éviter des pertes hautes fréquences. La photo de la bobine terminée illustre probablement plus clairement cette réalisation que les explications théoriques. Il ne reste plus qu'à mettre en place la bobine. La connexion la plus courte doit être reliée à la masse, la connexion la plus longue correspond au point chaud du circuit oscillant, et la boucle à la prise intermédiaire. Enfin, quand le récepteur est terminé, juste avant son étalonnage, l'application d'un peu de colle liquide à base de cyanocrylate (super glue) permet d'obtenir une rigidité suffisante pour écouter des stations BLU. L'absence de mandrin, l'absence de système de commutation et l'emploi d'un fil de relativement gros diamètre permettent d'obtenir un circuit oscillant à faible perte et donc un rendement exceptionnel du récepteur.

La bobine de choc VHF comporte 10 spires sur un diamètre de 8 mm. Cette bobine n'est pas critique. Sa valeur est de 0,7 µH.

Il est important d'employer des boutons d'au moins 3 cm de diamètre pour les condensateurs variables. Ces deux boutons doivent obligatoirement avoir une fixation par vis. Afin de faire un cadran rudimentaire, il faut fixer une vis de 3 cm de longueur au bouton du condensateur variable de 500 pF. Je conseille d'employer une vis de 3 mm de diamètre. Parfois, il est plus simple de remplacer la vis de fixation du bouton par une vis de 3 cm de longueur et de diamètre adéquate (généralement 4 mm).

Le récepteur est alimenté en 5 V continus et régulés. La valeur exacte n'est pas critique, et peut varier de 4,5 V à 6 V voire 9 V en augmentant les résistances de base des transistors. Personnellement, j'ai réalisé une petite alimentation comportant un transformateur 9 V de 1,6 W suivi d'un pont redresseur de 1,5 A et d'un régulateur 5 V 1 A entouré de deux capacités de découplage de 470 µf et 100 µF. Des condensateurs de 10 nF sont placés entre les deux entrées du pont redresseur et la masse et entre la sortie + et la masse. Ces condensateurs sont indispensables pour éviter un ronflement en position accrochée. Par rapport au transformateur, le pont de diodes et le régulateur sont sur-dimensionnés afin de résister un éventuel court-circuit qui reste cependant à éviter...

Le récepteur est enfin construit. Pour l'essayer, il faut connecter l'antenne, placer le condensateur variable de 500 pF à mi-course, mettre le casque, et tourner le potentiomètre de 47 kohm du 0 V vers le 5 V. À un moment donné, vous devez entendre un ploc puis une augmentation du bruit de fond. C'est le signe que le récepteur fonctionne. Le bruit ploc correspond à l'accrochage. En tournant ensuite le condensateur variable de 500 pF et en se tenant au-dessus de l'accrochage, vous devez entendre de multiples sifflements. La modulation d'amplitude s'écoute en restant juste en dessous de l'accrochage, la BLU et la télégraphie en position accrochée. À noter que le réglage de la réaction fait varier la fréquence d'accord.

Une fois le fonctionnement du récepteur vérifié, il faut procéder à un étalonnage en fréquence. Comme le montre la photo, un cadran est fait uniquement pour le condensateur variable de 500 pF. Il est simplement tracé des diagonales tous les seizièmes de tour. L'extrémité de chaque diagonale est repérée par une lettre de l'alphabet. Le A doit correspondre au repère du bouton de commande quand le condensateur variable est au maximum de sa capacité (les lames sont alors rentrées au maximum). Il suffit ensuite de faire un tableau de correspondance entre les fréquences et les lettres de l'alphabet. Du fait du démultiplicateur, je conseille de bien différencier les tours sur ce tableau. Pour étalonner précisément les fréquences, il est nécessaire de posséder soit un générateur HF avec fréquencemètre intégré, soit un récepteur à affichage digital. Dans ce dernier cas, il faut utiliser comme antenne pour le récepteur à affichage digital, un simple bout de fil qui va à proximité du récepteur que vous avez fabriqué. Il faut régler la réaction pour que le montage reste en accroché quelque soit le réglage du condensateur variable de 500 pF. Le condensateur variable servant de vernier doit rester durant toute la procédure au maximum de sa capacité. Il faut maintenant régler le récepteur numérique, en position BLU, sur la fréquence qui vous intéresse pour le tableau de correspondance. Ensuite, il reste à chercher la position du condensateur variable de 500 pF qui donnent un sifflement dans le récepteur numérique. Au battement nul, votre récepteur est réglé exactement sur la même fréquence que le récepteur numérique, sauf problème d'harmoniques. Il vous reste à marquer le résultat sur votre tableau d'étalonnage, par exemple 7 MHz - B - tour 1. Par la suite, si vous voulez écouter la bande des 40 m, il suffira de régler le condensateur principal sur le repère B lors du premier tour, et vous parcourrez la bande avec le condensateur qui sert de vernier. Personnellement, j'ai fait un tableau extrêmement simple, ne donnant que les MHz. Pour affiner le tableau, il faudrait ajouter les 500 kHz.

Nous voilà maintenant en possession d'un petit récepteur extrêmement simple, donnant pourtant des résultats spectaculaires aussi bien pour la radiodiffusion ondes courtes, que pour les bandes amateurs des 20 et 40 m.

Problème de la synchronisation.

Lorsqu'un signal extérieur est appliqué à un oscillateur, la fréquence de l'oscillateur dans à se synchroniser sur la fréquence du signal extérieur. Ce phénomène est d'autant plus important que la différence de fréquence est faible, que le signal extérieur est fort, et enfin que la capacité du circuit oscillant d'accord est faible. Sur un récepteur à réaction, lors de la réception de la modulation d'amplitude en accroché, ce phénomène se traduit par l'apparition de sifflement lors de la diminution du signal de la station écoutée du fait du fading. En effet, il est possible de se régler au battement nul lors d'un maximum du signal alors que la fréquence intrinsèque de l'oscillateur est différente, l'oscillateur se synchronisant sur le signal extérieur. Puis, lors d'une baisse du signal, l'oscillateur reprend brutalement sa fréquence intrinsèque et un sifflement apparaît. En modulation d'amplitude, il suffit de régler la réaction juste en dessous de l'accrochage. En BLU, ce phénomène se traduit par une modulation de fréquence rendant impossible une démodulation correcte du signal. Pour résoudre ce problème, il faut alors soit diminuer le signal extérieur en diminuant le couplage d'antenne, soit augmenter la puissance de l'oscillateur en dépassant très nettement le point d'accrochage. Ce phénomène de synchronisation et surtout perceptible au-dessus de 10 MHz. Pour décoder correctement la BLU sur 14 MHz, il faut pousser la réaction quasiment au maximum.

Variante 80 m

Signalons qu'il est possible de recevoir la gamme des 80 m en ajoutant en parallèle du circuit oscillant un condensateur fixe de 1000 pF. Ce condensateur doit être du type NPO, styroflex ou mica argenté. Un petit interrupteur le met en fonction ou hors fonction. Le câblage doit être extrêmement court. L'interrupteur est fixé à un fil dénudé de 20 A (2,5 mm²) fixé entre deux rondelles par un écrou. Ce fil est ensuite soudé à la plaque horizontale. Une photographie montre la réalisation pratique. Le fait que le même circuit oscillant puisse s'accorder de 18 à 3,5 MHz témoigne de la qualité du montage.

Variante 40 m et 80 m

Il s'agit d'une version prévue exclusivement pour recevoir les radioamateurs sur 40 et 80 m. Pour chaque bande, il est prévu un circuit oscillant complet. Un double inverseur miniature commute les 2 connexions qui sortent du cadre pointillé. Une cage du condensateur variable est utilisée pour chaque bande. Pour améliorer la rigidité de chaque bobine, quand tout est au point, il faut souder à proximité un fil vertical (1,5 mm2, 10A) sans dénuder le haut, fixer avec un fil de câblage la bobine au fil vertical et enfin mettre un peu de colle cyanocrylate.

Le transistor détecteur à réaction est peu critique. Plus sa fréquence de transition est élevée, moins le réglage de la réaction influence la fréquence. J'utilise donc un transistor BFR91A avec une Ft > 5000 MHz !

Avec ce récepteur, il est parfaitement possible de faire du véritable trafic amateur en BLU sur 40 et 80 m, comme je l'ai fait durant plusieurs semaines avec émetteur séparé.

Dans ce cas il faut ajouter un commutateur de stand-by. Celui-ci est un double inverseur miniature qui en position stand-by coupe l'arrivée d'antenne et la connexion vers le casque.