Un micro-émetteur UHF commandé par la voix



Grâce à l’utilisation d’un circuit permettant l’activation vocale (vox), ce petit émetteur UHF, consomme un courant inférieur à 2 milliampères au repos. L’étage HF utilise un module Aurel TX-FM Audio, qui garantit une portée comprise entre 50 et 300 mètres selon l’environnement.

Les deux caractéristiques les plus importantes des micro-émetteurs de type professionnels sont la consommation et la puissance rayonnée par l’étage HF.
Bien entendu, la stabilité en fréquence et la qualité de modulation ne sont pas à négliger. Les micro-émetteurs, doivent consommer très peu tout en générant une puissance suffisante pour garantir une portée de quelques centaines de mètres.

On réfléchit sur un constat …et on trouve une solution
Dans pratiquement tous les cas, les micro-émetteurs sont alimentés à l’aide d’une pile, ce qui limite l’énergie disponible.
Pour garantir une bonne autonomie, il est donc nécessaire que la consommation soit la plus basse possible.
Pour atteindre cet objectif, il faut sortir des sentiers battus, ce qui nous a amenés à faire, entre autres, les choix suivants:
- augmentation de la fréquence de travail tout en réduisant la puissance HF.
- utilisation d’un système de modulation à bande relativement étroite.
- activation du circuit uniquement en présence d’un signal audio…
En pratique, l’unique voie possible, consiste à utiliser un étage d’activation vocal (vox) commandant un étage HF à 433 MHz en présence d’un signal audio.
Lorsqu’une personne parle dans le lieu où se trouve installé l’émetteur, le dispositif passe en émission.
Evidemment, pour éviter que l’émetteur ne s’allume et ne s’éteigne continuellement, le système dispose d’un étage monostable qui maintient la transmission durant 20 secondes environ après chaque impulsion d’activation.
Comme nous utilisons un monostable du type réarmable, durant une conversation normale, il n’y a aucune interruption du signal transmis. Le circuit ne passe au repos que si aucun son n’est reçu durant plus de 20 secondes.
Avec ce système, nous avons obtenu une consommation au repos de 2 milliampères, contre une consommation en émission d’environ 15 milliampères, ce qui serait, sans le vox, la consommation permanente de l’émetteur.
En pratique, cela se traduit par une augmentation notable de l’autonomie de fonctionnement.
En supposant que le micro-émetteur soit activé durant une heure par jour et que pour son alimentation nous utilisions une pile alcaline de 600 mA/h, le circuit fonctionnera pendant environ 10 jours, contre 2 jours seulement pour une version dépourvue de vox.
Une différence appréciable !

Un vox et un module HF
Le système vox, c’est l’élément qui caractérise principalement le microémetteur UHF présenté dans ces pages. Pour le reste, le montage est classique, grâce à l’utilisation d’un module hybride HF, le modèle TX-FM Audio de la société Aurel.
Pour la réception du signal radio généré par notre émetteur, vous pouvez utiliser un récepteur équipé d’un module hybride RX-FM Audio, parfaitement adapté pour fonctionner de concert avec le module utilisé dans ce micro-émetteur. Bien entendu, vous pouvez également utiliser n’importe quel récepteur recevant la bande UHF en FM (voir figure 6).
Ce système, permet d’obtenir une portée comprise entre 50 et 300 mètres, en fonction des obstacles se trouvant entre l’émetteur et le récepteur, des parasites présents dans la zone, du type d’antenne utilisé, etc.
La fréquence d’émission, est exactement de 433,75 MHz, obtenue par l’intermédiaire d’un oscillateur à quartz, donc particulièrement stable. La modulation est du type FM, avec une déviation maximale de ±75 kHz.
Activer avec un vox, un module hybride TX-FM Audio est très simple, car ce module dispose d’une entrée digitale de contrôle (broche 2), par l’intermédiaire de laquelle il est possible d’allumer et d’éteindre le circuit.
Avec un niveau logique haut (5 à 12 volts), le dispositif fonctionne normalement, par contre avec un niveau logique bas (0 volt) le module hybride est inhibé et sa consommation est donc nulle.
Le temps de commutation est très bref, à peine 100 μs.
En utilisant un module hybride TX-FM Audio et des composants à montage en surface (CMS) pour le restant du montage, nous sommes parvenus à réaliser un micro-émetteur ayant des dimensions particulièrement réduites, facile à utiliser dans les applications les plus diverses et, par-dessus tout, très simple à monter.
Toute la section la plus critique, celle de la partie haute fréquence, est déjà parfaitement fonctionnelle et ne nécessite aucune opération de réglage ou de mise au point.
Après cette longue introduction, voyons à présent de plus près le circuit électrique du micro-émetteur.

Le schéma

Figure 1 : Schéma électrique du micro-émetteur commandé par la voix.

La section audio, utilise un micro électret (MIC) avec sa résistance de polarisation (R1).
Le signal de sortie à bas niveau de cet étage de capture du signal audio est appliqué au premier étage de préamplification contenu dans le module hybride, précisément celui qui a comme entrée la broche 4 et comme sortie la broche 6.
Cette section garantit un gain de 20 environ.
Le signal ainsi amplifié, disponible sur la broche 6, est envoyé à travers le diviseur de tension composé de R7 et R8, à l’entrée du second étage préamplificateur, également présent à l’intérieur du module hybride et dont l’entrée se trouve sur la broche 7.
Cet étage, est caractérisé par un gain plus faible que celui du précédent étage, il n’est ici que de 5 environ.
Pour les deux étages amplificateurs BF contenus dans le module hybride, le diviseur externe exclu, le gain maximum est de 100.
Il faut tenir compte, que si notre diviseur présente un rapport de 10 à 1, dans notre cas le gain total de l’étage basse fréquence est de 10.
Ce niveau d’amplification, peut être modifié, pour augmenter ou diminuer la sensibilité du micro-émetteur, en fonction du type de microphone utilisé.
En effet, toutes les capsules microphoniques ne présentent pas la même sensibilité.
Pour modifier le gain de l’étage, on peut jouer sur la valeur de la résistance R8. En augmentant la valeur de ce composant, le gain de l’étage basse fréquence croît proportionnellement.
Pour fonctionner correctement, le module hybride TX-FM Audio, n’a besoin d’aucun autre composant externe, à part l’antenne à relier à la broche 15.
En d’autres termes, si nous nous contentions d’un micro-émetteur réduit à sa plus simple expression, le circuit pourrait être considéré comme terminé!
De plus nous pourrions éliminer également le condensateur C2 et utiliser le condensateur de liaison contenu dans le module hybride.
Evidemment, la broche 2 (enable), qui contrôle la mise en service, devrait être reliée à la ligne positive de l’alimentation.
Dans notre cas, par contre, la broche est contrôlée par un circuit de vox simple, constitué par le transistor T1 et deux des quatre portes de U1.
Normalement, l’entrée de la porte de U1B (broches 8 et 9) est mise au niveau haut par la résistance R6, donc la sortie de cette porte (broche 10) présente un niveau bas, inhibant le fonctionnement du module hybride. Au contraire, la sortie de la porte U1A présente un niveau logique haut, car nous avons un niveau logique bas sur ses broches d’entrée (5 et 6).
En réalité, le niveau est d’environ 2,3 volts, proche du seuil de commutation, mais que la porte voit comme un niveau bas.
Cette tension, dépend du type de polarisation du transistor T1 : les broches 5 et 6 sont, en fait, connectées au collecteur de ce composant. En choisissant judicieusement les valeurs de R2 et de R3, il est possible de déterminer avec précision la tension continue présente au repos sur le collecteur de T1.
Cet étage, fonctionne, lui aussi, comme amplificateur BF.
Le signal produit par le microphone, en plus de parvenir à l’entrée du module hybride, atteint également la base de T1 à travers le condensateur C1.
Voyons à présent ce qui se passe lorsque le microphone capte un signal audio, même très faible.

Figure 2 : Pour recevoir le signal du micro-émetteur décrit dans ces pages, il est possible d’utiliser un récepteur prévu pour fonctionner sur la fréquence de 433,75 MHz, basé sur le module RX-FM Audio de Aurel et intégré dans un petit coffret qui peut être avantageusement placé dans une poche. En fonction de l’environnement, la portée du système peut varier entre 50 et 300 mètres. Ce récepteur sera prochainement décrit dans la revue.

Figure 3 : Schéma d’implantation des composants.



Figure 4 : Dessin du circuit imprimé à l’échelle 1.


Liste des composants
R1 = 10 kΩ
R2 = 2,2 MΩ
R3 = 22 kΩ
R4 = 10 Ω
R5 = 10 Ω
R6 = 470 kΩ
R7 = 22 kΩ
R8 = 2,2 kΩ
C1 = 100 nF CMS
C2 = 100 nF CMS
C3 = 10 μF 6,3 V tantale CMS
D1 = 1N4007
T1 = Transistor NPN BC847B CMS (SOT 23)
U1 = Intégré MC14093BD CMS
U2 = Module Aurel TX-FM Audio
ANT = Antenne accordée (17 ou 34 cm)
MIC = Microphone électret préamplifié

Divers :
1 Prise pour pile 9 V
1 Circuit imprimé réf. S317
Toutes les résistances sont des 1/4
de watt CMS.


Le fonctionnement
Le signal est amplifié par le transistor T1 et se superpose à la tension continue du collecteur. En pratique, la tension du collecteur varie vers le haut et vers le bas par rapport à la tension d’alimentation de repos.
Si la variation vers le haut permet à la composante continue d’atteindre le seuil de commutation de la porte, cette dernière, même si c’est pour un cour t instant, change d’état.
La broche 4 passe au zéro logique, provoquant la commutation de la deuxième porte et l’activation du module hybride.
Lorsque la première porte change d’état, le condensateur C3 se charge immédiatement, maintenant au niveau bas l’entrée de la porte U1B, laquelle permet au module hybride de rester actif.
En raison de la présence de la diode D1, le condensateur ne peut se décharger que via la résistance R6.
Nous avons dimensionné les valeurs de R6 et de C3 pour permettre au circuit de rester actif environ 20 secondes.
Evidemment, si durant ce laps de temps la porte U1A devait commuter à nouveau, comme cela se produit en présence d’autres signaux captés par le microphone, le condensateur se rechargerait à nouveau, réactivant la temporisation du monostable.
La sensibilité du circuit, en fait le niveau du signal audio nécessaire à son activation, dépend, dans ce cas, du niveau en courant continu du collecteur de T1, plus que de l’amplification du signal BF.
En fait, plus ce potentiel est près de celui nécessaire à la commutation de la porte, plus grande est la sensibilité, de sorte que même un signal audio très faible est suffisant pour faire commuter la porte.
En agissant sur R2, il est possible de modifier la tension du collecteur de T1 et ainsi, la sensibilité du vox. En diminuant la valeur de la résistance, la tension sur le collecteur baisse et la sensibilité également. Au contraire, une augmentation de la valeur de R2, permet d’augmenter la sensibilité.
N’augmentez pas trop cette valeur, afin d’éviter que la tension de collecteur ne dépasse celle de seuil, ce qui risquerait de maintenir le vox actif en permanence.

Figure 5 : Tous les composants du micro-émetteur, sont montés sur un circuit imprimé adapté, de dimensions réduites. Les composants sont tous du type pour montage en surface (CMS) et, de ce fait, ils sont soudés côté cuivre. Le circuit imprimé ainsi réalisé, est accolé au module hybride TX-FM Audio de manière à former un sandwich, qui, une fois complètement fermé, permet de réduire au minimum les dimensions de l’appareil.

Figure 6: Pour recevoir le signal émis par notre micro-émetteur, outre le récepteur dont il est question dans la figure 2, il est également possible d’utiliser un récepteur UHF, ou même un scanner, calé sur la fréquence de 433,75 MHz. Bien que permettant une bonne qualité d’écoute du signal émis par le micro-émetteur, ces appareils présentent une bande passante très étroite par rapport à la bande passante de notre réalisation. Le signal du TX-FM Audio est modulé en fréquence, avec une excursion (Δ) de ±75 kHz. La puissance émise est un peu inférieure à 10 dBm, ce qui équivaut à 10 mW sur une charge de 50 ohms.

Figure 7 : Brochage du circuit intégré MC14093BD utilisé dans le circuit du vox.

Figure 8: Le module TX-FM AUDIO Aurel est Idéal pour des applications comme les transmissions audio HI-FI, alarme via radio (télésecours) et contrôle à distance (DTMF).


1 = +12 V 6 = OUTPUT BF 15 = ANTENNA OUT
2 = TX ENABLE 7 = INPUT 2 BF 3, 5, 9, 13, 16 = GROUND
4 = INPUT 1 BF


Figure 9 : Le module RX-FM AUDIO Aurel est un récepteur superhétérodyne à modulation de fréquence. Sa large bande passante le rend idéal pour des applications dans les systèmes audio HI-FI et les récepteurs portables.

1 = +3 V (±10 %) 15 = SQUELCH 19 = + SQUELCH
3 = ANTENNA IN 18 = OUT SWITCH 2, 7, 16, 20 = GROUND


La réalisation pratique
Il ne reste plus à présent, qu’à s’occuper de la réalisation pratique du micro-émetteur.
Comme vous pouvez le voir sur les illustrations, tous les composants utilisés dans le câblage, à l’exception de la diode D1, sont du type à montage en surface et, de ce fait, ils sont soudés sur le côté cuivre du (minuscule) circuit imprimé.
Pour cette opération, il faut utiliser un fer à souder de faible puissance, muni d’une panne fine et maintenue bien propre en permanence.
Le composant le plus critique à mettre en place est sûrement le circuit intégré CMOS.
Pour cela, nous vous conseillons de souder uniquement une broche du circuit intégré, afin de permettre un positionnement précis. Une fois le composant bien à sa place, soudez toutes les autres broches.
Pour la connexion du microphone, utilisez un morceau de fil blindé. Si la longueur du câble ne dépasse pas 10 ou 15 centimètres, vous pouvez utiliser deux morceaux de fil ordinaires, torsadés.
Le circuit ainsi préparé, est connecté au module hybride TX-FM Audio pour former une sorte de sandwich comme le montre la figure 5.
Le circuit ne demande aucun réglage ni mise au point, à l’exception de ce qui a été dit précédemment pour les résistances R2 et R8.
Comme antenne, utilisez un morceau de fil rigide de 17 ou 34 centimètres de long (1/4 ou 1/2 onde).
Pour vérifier le fonctionnement du circuit, il est nécessaire d’utiliser un récepteur portable UHF ou bien un récepteur adapté à la réception de cette fréquence.
A l’aide d’un multimètre, mesurez la consommation au repos et celle en transmission, qui doivent êtres respectivement de 2 mA et 15 mA.
Si la sensibilité du vox ne vous satisfait pas, vous devrez agir, comme nous l’avons expliqué plus haut, sur la valeur de R2.
Pour modifier la sensibilité microphonique, il faut par contre agir sur la valeur de R8.

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