Un microphone de scène sans fil sur 433 MHz



Ce microphone radio utilise, à la place des traditionnels quartz, des résonateurs à ondes de surface (SAW). Tout comme son récepteur, il fonctionne dans la bande des 433 MHz et peut être utilisé comme microphone de scène sans fil ou pour la réception de confort d’un téléviseur ou d’une chaîne HI-FI. Bien entendu, il trouvera également son utilité dans de nombreuses autres applications.

Ces petits modules subminiatures d’émetteur et de récepteur FM, utilisant des filtres SAW (résonateurs à ondes de surface), sont disponibles dans le commerce mais leur documentation n’indique pas si ce sont des modules HI-FI, ni quelles adaptations il faudrait faire pour obtenir une réponse linéaire entre 20 Hz et 20 kHz.
Par ailleurs, leur portée maximale, supposée atteindre 200 ou 300 mètres, n’est jamais indiquée clairement. En fait cette donnée est optimiste, car en réalité et dans des conditions idéales, ils couvrent seulement 60 à 70 mètres. Cette portée est plus que suffisante pour réaliser des microphones radio pour des chanteurs, ou pour écouter sur un casque la sortie audio d’un téléviseur.
Ce microphone radio, peut également servir à des guides touristiques pour permettre à tous les touristes d’un groupe, et en particulier aux plus éloignés, d’écouter les commentaires et les explications de leur guide.
Sur les figures 1 et 2, vous pouvez voir les dimensions réelles des deux modules ainsi que leurs caractéristiques techniques. Nous allons, dans cet article, vous expliquer ce qu’il convient d’ajouter à ces modules, pour obtenir un excellent microphone- émetteur et son récepteur HI-FI.

Schéma électrique de l’émetteur
Comme cela apparaît sur le schéma électrique de la figure 5, sur le module KM01.41 (voir IC3), nous avons inséré, entre les broches 6 et 7, un filtre de préaccentuation, composé des résistances R14 et R15 et du condensateur C11, permettant d’obtenir un meilleur rapport signal/bruit.
Pour éviter que l’émetteur ne demeure en émission permanente, même en l’absence de sons ou de paroles, déchargeant ainsi rapidement la pile, nous l’avons muni d’un squelch en utilisant deux circuits intégrés de type TS27M2 équivalents aux TLC27M2 (voir IC1A/B et IC2A/B). Il ne faut pas remplacer ces circuits intégrés par des TL082 sinon le montage ne fonctionnera pas.
Commençons la description du circuit par la prise d’entrée du microphone.
A cette entrée, vous pouvez connecter un petit microphone préamplifié (micro électret) et, pour l’alimenter, il est nécessaire de positionner le petit cavalier femelle sur le connecteur mâle J1 du côté marqué B-C.
Si vous appliquez le signal BF prélevé sur la prise casque d’un téléviseur ou d’un amplificateur HI-FI sur cette entrée, le cavalier femelle sera positionné sur le côté A-B de J1 afin d’éviter que la tension positive de polarisation du microphone, présente sur R2, n’atteigne la prise de la sortie TV ou celle de l’amplificateur.
Le trimmer R4, présent sur l’entrée, sert au réglage de la sensibilité du microphone.
Le signal préamplifié, prélevé de la broche de sortie de IC1/A, est appliqué sur la broche 4 du module émetteur IC3.
Le même signal BF, présent sur la sortie de IC1/A, passe à travers le condensateur C7 et rejoint la broche non-inverseuse de l’amplificateur opérationnel IC1/B utilisé comme amplificateur redresseur avec un gain d’environ 100.
Comme vous le savez déjà, le gain d’un amplificateur opérationnel utilisant l’entrée non-inverseuse d’un ampli opérationnel se calcule avec la formule suivante :

Gain = (R1 : R10) + 1


Avec la résistance R1 valant 1 mégohm (soit 1 000 kΩ) et la résistance R10 de 10 kΩ, nous obtenons en pratique un gain de :

(1 000 : 10) + 1 = 101


Ce gain élevé, permet d’obtenir en sortie une tension positive d’environ 12 volts. C’est cette tension qui sera transmise à travers IC2/A et IC2/B et qui ser vira à alimenter la broche 2 du module émetteur IC3.
En fait, le module IC3, ne fonctionne que lorsqu’une tension positive de 12 volts parvient sur la broche 2. Dans le cas contraire, il n’émet pas et, de ce fait, ne consomme aucun courant.
Ainsi, dès que le microphone capte un quelconque signal BF, l’amplificateur opérationnel IC2/B permet la mise en marche de l’émetteur.
Sur la sortie de l’amplificateur opérationnel IC2/B, a également été câblée une LED (voir DL1) qui s’allume lorsque la tension de 12 volts est présente.
Pour alimenter ce microphone radio, il est nécessaire d’utiliser une tension de 12 volts, qui peut être obtenue en reliant en série 8 piles de 1,5 volt (type R6).
Si vous pensez utiliser ce microphone radio pour écouter le son du téléviseur au casque, il sera alors plus avantageux d’utiliser une petite alimentation secteur en mesure de fournir 12 volts stabilisés (évidemment bien régulée et bien filtrée pour éviter les ronflements).

Figure 1 : Caractéristiques et photographie taille réelle du module émetteur KM01.41.
Dimensions = 40,6 x 26 mm SAW d’émission = 433,8 MHz Largeur bande passante = 75 kHz Bande audio = de 20 Hz à 25 kHz Tension d’alimentation = de 11 à 13 volts Consommation en émission = 15 mA Puissance fournie = + 10 dBm (10 milliwatts) Impédance d’entrée = 10 000 ohms Impédance de sortie HF = 50 ohms


Figure 2 : Caractéristiques et photographie taille réelle du module récepteur KM01.40.
Dimensions = 50,8 x 20 mm SAW de réception = 423,1 MHz Moyenne fréquence = 10,7 MHz Bande audio = de 20 Hz à 25 kHz environ Tension d’alimentation = 3 volts Consommation en réception = 15 mA Sensibilité = –100 dBm (environ 2 microvolts) Impédance d’entrée HF = 50 ohms


Figure 3 : Le petit émetteur doit être alimenté par l’extérieur avec une tension de 12 volts, par contre, le coffret du récepteur dispose d’un compartiment pouvant contenir une pile de 9 volts miniature.

Figure 4 : Schéma synoptique du module KM01.41 et indication de son brochage. Ne touchez pas le trimmer placé sur le module, car vous déplaceriez la fréquence d’émission.

Figure 5 : Schéma électrique de l’étage émission que nous avons référencé LX.1388. Le petit cavalier J1 est positionné sur B-C uniquement si vous utilisez un petit microphone électret visible sur la figure . Si vous utilisez un microphone classique, il faut positionner J1 sur B-A.


Figure 6 : Schéma d’implantation des composants de l’étage émetteur. Les broches du module KM01.41 sont insérées et soudées dans les trous présents en bas du circuit imprimé.

Liste des composants du LX.1388
R1 = 22 kΩ
R2 = 22 kΩ
R3 = 4,7 kΩ
R4 = 1 MΩ trimmer
R5 = 10 kΩ
R6 = 8,2 kΩ
R7 = 1,8 kΩ
R8 = 180 kΩ
R9 = 68 kΩ
R10 = 10 kΩ
R11 = 1 MΩ
R12 = 10 kΩ
R13 = 1 MΩ
R14 = 22 kΩ
R15 = 4,7 kΩ
R16 = 1,2 kΩ
C1 = 10 μF électrolytique
C2 = 10 μF électrolytique
C3 = 22 nF polyester
C4 = 10 μF électrolytique
C5 = 10 μF électrolytique
C6 = 15 pF céramique
C7 = 22 nF polyester
C8 = 100 nF polyester
C9 = 100 nF polyester
C10 = 22 μF électrolytique
C11 = 5,6 nF polyester
C12 = 10 μF électrolytique
DS1 = Diode 1N4150
DL1 = Diode LED
IC1 = Intégré TS27M2CN
IC2 = Intégré TS27M2CN
IC3 = Module KM01.41
J1 = Cavalier
MICRO = Microphone préampl.

Sauf spécification contraire, toutes les résistances sont des 1/4 W à 5 %.

Schéma électrique du récepteur
Comme vous pouvez le voir sur le schéma électrique de la figure 9, pour réaliser ce récepteur, vous devez utiliser, outre le module KM01.40, un circuit intégré amplificateur BF TDA7052/B, un transistor PNP BC327 ou BC328 et un régulateur intégré 78L05 nécessaire pour obtenir une tension de 3 volts à appliquer sur les broches 1 et 19 du module récepteur.
Pour ceux qui objecteront que le régulateur 78L05 stabilise la tension appliquée sur son entrée à une valeur de 5 volts, nous répondons immédiatement que sur la sortie de ce régulateur nous avons une diode LED verte (DL1) qui introduit une chute de tension de 2 volts, c’est pour cette raison que le module sera donc bien alimenté en 3 volts.
Il ne faut surtout pas remplacer cette diode LED de couleur verte par une LED de couleur rouge, car ces dernières n’introduisent qu’une chute de tension de 1,6 volt et, dans ce cas, le module serait alimenté en 3,4 volts et non en 3 volts.
Le transistor TR1, relié à la broche 18 du module IC1, réalise la fonction de MUTING (silence).
Lorsque l’émetteur est en pause, la broche 18 de IC1 est reliée à la masse à l’intérieur du module et, ainsi, la résistance R3 polarise la base du transistor TR1, qui est un PNP, ce qui le met en conduction. Le collecteur transmet le signal BF vers l’émetteur du transistor l’empêchant ainsi d’atteindre la broche 2 de l’étage final IC2.
Lorsque l’émetteur radio est actif, sur la broche 18 nous avons une tension positive. Ainsi, la base du transistor TR1 n’étant plus polarisée, la liaison collecteur / émetteur est éliminée et le signal BF peut atteindre normalement la broche 2 de IC2. Ce circuit intégré IC2 permet d’écouter au casque le signal émis par l’émetteur. Signalons toutefois que IC2 doit être obligatoirement un TDA7052/B, le suffixe "B" étant obligatoire.
Si vous le remplacez par un TDA7052, le circuit ne fonctionnera pas.
Dans le récepteur, nous avons également prévu une sortie supplémentaire, utile pour relier un magnétophone ou bien un amplificateur de puissance externe. Pour alimenter ce récepteur, il faut utiliser une petite pile de 9 volts type 6F22XC.

Figure 7 : Pour envoyer le signal microphonique sur l’entrée de l’émetteur, vous devrez utiliser une fiche mâle.

Figure 8 : Schéma synoptique du module récepteur KM01.40 et indication de son brochage. Ne touchez pas au trimmer placé sur le module car vous pourriez dérégler le module récepteur.

Figure 9 : Schéma électrique de l’étage récepteur que nous avons référencé LX.1389.
La prise de sortie BF doit être utilisée pour relier un éventuel magnétophone ou un amplificateur de puissance externe.


Figure 10 : Schéma d’implantation des composants de l’étage récepteur. Le module KM01.40 est inséré dans le connecteur femelle préalablement soudé sur le côté gauche (voir figure 14).

Figure 11 : Voici comment se présente le montage terminé de l’étage émetteur LX.1388.
Le trimmer disposé sur la droite du circuit imprimé sert pour modifier et ajuster la sensibilité du microphone. La diode LED DL1, peut, si vous le désirez, ne pas être montée sur le circuit.


Liste des composants du LX.1389
R1 = 10 kΩ pot. lin.
R2 = 10 kΩ
R3 = 10 kΩ
R4 = 4,7 kΩ
R5 = 100 kΩ
R6 = 1 MΩ pot. lin.
R7 = 100 kΩ
R8 = 1 kΩ
C1 = 10 μF électrolytique
C2 = 100 nF polyester
C3 = 10 μF électrolytique
C4 = 4,7 nF polyester
C5 = 470 nF polyester
C6 = 470 nF polyester
C7 = 100 nF polyester
C8 = 10 μF électrolytique
C9 = 100 μF électrolytique
C10 = 10 μF électrolytique
C11 = 100 nF polyester
DL1 = Diode LED verte
TR1 = Transistor PNP BC327 ou BC328
IC1 = Module KM01.40
IC2 = Intégré TDA7052B
IC3 = Régulateur MC78L05
S1 = Interrupteur sur R6

Sauf spécification contraire, toutes les résistances sont des 1/4 W à 5 %.

L’antenne émettrice et réceptrice
Sur l’émetteur, comme antenne, il faut utiliser un morceau de fil d’une longueur exacte de 16,5 centimètres égale à 1/4 d’onde. Pour augmenter légèrement la portée, il peut s’avérer nécessaire d’utiliser un fil d’une longueur de 3/4 d’onde, soit 49,5 centimètres.
Toutefois, pour certaines applications, cette longueur peut devenir excessive.
Sur le récepteur, le fil d’antenne devra avoir une longueur de 17 centimètres exactement, égale à 1/4 d’onde.
Mais, toujours dans le but d’augmenter légèrement la portée du récepteur, il est possible d’utiliser un fil d’une longueur de 3/4 d’onde, soit 51 centimètres.
Si vous utilisez des longueurs différentes, la portée sera réduite car l’impédance de l’antenne ne sera plus adaptée sur la valeur de 50 ohms requise par ces deux modules.

Réalisation pratique de l’émetteur
Pour réaliser l’émetteur, il faut monter tous les composants visibles figure 6 sur le circuit imprimé référencé LX1388.
Pour commencer, nous vous conseillons d’insérer les deux supports pour les circuits intégrés IC1 et IC2 et après en avoir soudé toutes les broches sur les pistes du circuit imprimé, de monter toutes les résistances et le trimmer R4.
Après avoir terminé cette opération, insérez le petit connecteur J1 et poursuivez le montage par la mise en place des condensateurs en faisant attention à la polarité des condensateurs électrolytiques.
Sur la gauche du support de IC1, placez la diode DS1, en orientant son repère de positionnement vers C10 comme cela est clairement indiqué sur la figure 6.
A ce point, vous pouvez insérer les circuits intégrés dans leur support respectif, en orientant leur repère détrompeur en forme de “U” vers le bas.
Vérifiez de bien avoir placé toutes les broches en regard du support car il arrive fréquemment que l’une d’elles se plie et ainsi n’établisse pas le contact ou, pire, se rompe.
Prenez ensuite le module émetteur IC3 et insérez-le dans les trous disposés en bas sur le circuit imprimé, sans toutefois l’appuyer complètement contre le circuit imprimé.
En fait, pour que l’on puisse fermer le couvercle du petit boîtier en plastique, ce module devra être légèrement plié.
Evidemment, si vous utilisez un boîtier plus haut, vous pouvez le laisser dans sa position verticale initiale.
Pour compléter le circuit, insérez la prise pour le microphone, qui n’est indispensable que dans le cas où vous utilisez un microphone externe, ou bien, si vous désirez entrer un signal BF prélevé sur la prise casque d’un téléviseur.
Pour le cas où vous utiliseriez un microphone préamplifié (micro électret) vous pouvez agrandir le trou du panneau frontal de manière à y faire entrer le corps du microphone.
Bloquez ensuite le tout avec une goutte de colle-contact ou autre et n’oubliez pas de positionner le cavalier femelle du connecteur J1 sur la position B-C. Le curseur du trimmer R4, ne sera réglé qu’après avoir monté le récepteur, de façon à trouver la sensibilité désirée.

Figure 12 : Avant d’insérer le circuit imprimé à l’intérieur du boîtier, il faut percer le petit panneau frontal pour installer la prise d’alimentation, faire sortir la LED rouge et la prise pour le microphone.

Figure 13 : Après avoir soudé les broches du module KM01.41 sur le circuit imprimé, il faut le replier en "L" afin de pouvoir assurer la fermeture du couvercle du boîtier. Le fil d’antenne est soudé sur le picot situé près du condensateur C7 (voir figure 6).


Réalisation pratique du récepteur
Pour réaliser le récepteur, vous devez monter tous les composants représentés figure 10 sur le circuit imprimé LX.1389.
Nous vous conseillons de commencer le montage par la mise en place du support pour le circuit intégré IC2. Après avoir soudé toutes ses broches sur les pistes du circuit imprimé, vous pouvez monter, sur la gauche, le connecteur femelle à 20 broches. Ce connecteur est utilisé pour monter le module récepteur IC1.
Après avoir terminé cette opération, vous pouvez monter toutes les résistances et les condensateurs polyester.
Comme cela est indiqué sur le schéma d’implantation des composants, les trois condensateurs électrolytiques C1, C2 et C3 doivent êtres montés horizontalement et non sans avoir correctement positionné leurs pattes qui sont polarisées.
Poursuivez le montage par la mise en place du transistor TR1, en orientant la partie plate de son boîtier vers la gauche. Au-dessus de ce dernier, montez le circuit intégré régulateur IC3 en orientant la partie plate de son boîtier vers le condensateur électrolytique C9.
En haut à droite, montez la diode LED verte (DL1), en insérant la patte la plus longue dans le trou de gauche indiqué "A" (anode). Si la LED n’est pas montée correctement, non seulement elle ne s’allumera pas, mais le module IC1 ne sera pas alimenté.
Près de la diode DL1, installez les deux prises de sortie BF. Celle située à droite vous ser vira pour relier le casque et celle de gauche pour prélever un signal à appliquer à un magnétophone ou bien à l’entrée d’un amplificateur de puissance. Cette dernière est bien pratique pour une utilisation du microphone radio par des chanteurs ou des musiciens.
En dernier, montez le potentiomètre de volume.
Il est équipé d’un interrupteur de mise en marche (voir R6 + S1). Placez ensuite le potentiomètre qui règle le squelch (R1).
Sur l’axe de ces potentiomètres, il convient de placer les deux boutons en forme de disques crantés.
Procédez à la mise en place de IC2 dans son support, en prenant bien soin de respecter le sens de son repère en forme de "U" qui sera dirigé vers la gauche.
Prenez ensuite le module récepteur, insérez-le dans le connecteur 20 broches et pliez-le avec soin afin que vous puissiez refermer le couvercle du boîtier sans difficultés.
Comme vous pouvez le voir sur le schéma pratique de câblage de la figure 10, les broches 1, 2 et 3 doivent êtres insérées dans la par tie haute du connecteur et les broches 18-19-20 dans la partie basse du connecteur.
Le boîtier en matière plastique étant livré non usiné, vous devrez pratiquer trois petits trous circulaires à l’aide d’un foret de diamètre approprié sur le petit côté qui deviendra ainsi la face avant. Pour ce faire, reportez-vous aux cotes données dans la figure 17.
Cette opération ne présente aucune difficulté étant donné la matière utilisée pour le boîtier.
Sur le côté du boîtier, il faut faire apparaître les deux boutons crantés des potentiomètres. Pour cela il faut pratiquer deux découpes (voir figure 17) en se reportant aux cotes indiquées sur le dessin. Pour ces découpes, il faut procéder de la façon suivante :
A l’aide d’une lame de scie à métaux, pratiquez quatre entailles verticales sur le rebord du coffret aux dimensions indiquées.
Pliez à plusieurs reprises d’avant en arrière les deux parties centrales et, après la rupture, finissez les découpes à l’aide d’une petite lime fine.

Figure 14 : Voici comment se présente l’étage récepteur LX.1389 une fois terminé. Sur les deux axes des potentiomètres insérez les deux boutons crantés. Sur la gauche du circuit imprimé sera soudé le connecteur 20 broches femelles pour le montage du module de réception.

Figure 15 : Avant de mettre le circuit imprimé en place dans le boîtier, vous devez percer et découper ce dernier en vous inspirant de la figure 17 dans laquelle vous trouverez toutes les dimensions des perçages et découpes.

Figure 16 : Les broches du module récepteur KM01.40 sont insérées dans le connecteur femelle à 20 broches disposé sur le circuit imprimé. Ce module sera également replié en "L" avec les composants dirigés vers le haut, comme cela peut se voir sur la photographie.

Figure 17 : Plan d’usinage du boîtier plastique. Pour les découpes utilisez une lime plate et fine.

Figure 18 : Connexions des deux circuits intégrés TS27M2/CN et TDA7052/B vus de dessus, du transistor BC327 équivalent au BC328 et du régulateur MC78L05 vus de dessous.
Lorsque vous souderez le câble blindé sur les pattes du microphone, rappelez-vous que la patte de masse est celle qui se trouve en contact avec le corps métallique du microphone.

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