Le synthétiseur...

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Le montage émetteur-récepteur décrit ici est piloté par un oscillateur à fréquence variable (VFO) très simple. Ce type d'oscillateur est relativement stable quand l'appareil est utilisé en fixe, dans une pièce où la température ne varie pas trop brutalement. Mais, utilisé en pleine nature, surtout quand il y a du vent, la dérive devient très sensible, surtout si l'appareil n'est pas enfermé dans un boitier hermétique. C'est pourquoi l'utilisation d'un synthétiseur de fréquence est beaucoup plus intéressant. Encore faut-il qu'il soit très simple, bon marché, et facile d'installation.
N'étant pas très doué dans la programmation des microcontrôleurs, j'ai confié ce travail à mon ami Jean-Marc Eveille F5RDH, que je remercie pour la conception de ce synthétiseur.

Ci-contre un des émetteur-récepteurs équipé de la platine synthétiseur et fonctionnant dans la bande des 80m. On aperçoit le bouton poussoir rouge de sélection des pas. La commande RIT se faisant par appui sur le bouton des fréquences.

Description:
Côté simplicité, la technologie moderne nous gâte. Encore faut-il pouvoir trouver les bons circuits aux moindres coûts, et les maîtriser. Le choix s'est porté sur deux circuits intégrés bon marché. Le circuit MC145170 est un synthétiseur à commande série, et le PIC 16F84 est un microcontrôleur programmable pilotant le synthétiseur ainsi que l'afficheur LCD. L'association de ces circuits ainsi qu'un bon programme permettent de réaliser des merveilles. Les caractéristiques sont intéressantes:

- synthétiseur à une seule boucle de phase au pas de 100 Hz, 1 Khz et 10 Khz sélectionnables.
- RIT couvrant la totalité de la bande, ce qui permet en plus de travailler en " split ".
- affichage de la fréquence et du RIT sur un afficheur LCD 1 ligne de 16 caractères.
- correction de la fréquence d'affichage suivant la fréquence exacte du filtre à quartz utilisé, et ceci par programmation accessible à l'utilisateur à la mise sous tension.
- utilisation de l'oscillateur intégré au MC3362 sur le récepteur, en tant que VCO (oscillateur contrôlé par tension).
- facilité de raccordement au récepteur par la simple suppression de trois composants.
Le seul petit inconvénient de ce montage est le temps de verrouillage, mais ceci est normal pour ce type de synthétiseur à une seule boucle de phase. Le temps de verrouillage a été calculé pour un pas de 100 Hz, et de ce fait, en position 1 Khz ou 10 Khz, on entend légèrement la très brève variation de fréquence. Mais rassurez-vous, elle est vraiment très brève, de l'ordre de 50 millisecondes. Ce qui n'est pas gènant, mais un peu déroutant au départ. Sinon il faut passer à la conception d'un synthétiseur à double boucle de phase, ce qui complique énormément le montage, ou alors faire appel à un circuit intégré DDS type AD9835 , mais ce dernier est hors de prix et pratiquement introuvable. L'essentiel pour notre montage est qu'il soit très simple, très bon marché et que la fréquence et son affichage restent stables quelles que soient les conditions.
Voyons le schéma de principe :
Les impulsions issues de l'encodeur rotatif traversent un filtre anti-rebonds constitué respectivement par R19-C14 et R17-C15 avant d'être appliqué sur les bits RB0 et RB1 du microcontrôleur IC2 (PIC 16F84). Ces impulsions activent l'interruption externe du PIC. Elles sont traitées de façon à savoir s'il faut monter ou descendre la fréquence. A ce stade le microcontrôleur envoie sous forme série les ordre au synthétiseur IC1 (MC145170) via les bits RA2 (Data), RB3 (Clock), RB4(Enable), et dans la foulée, il envoie également les ordres à l'afficheur LCD en mode 4 bits. Les bits RB4 à RB7 fournissent les datas alors que les bits RA1 et RA3 fournissent les commandes. L'info PTT est appliquée sur le bit RA0. Cette info PTT est une mise à la masse en parallèle de celle de la commande PTT de l'émetteur, afin de pouvoir signifier au synthétiseur qu'il faut repasser sur la dernière fréquence affichée avant le passage en position RIT. D2, C16, R14 et R15 constituent le circuit de reset du microcontrôleur. R13, R16, R18, R20 et R21 sont des résistances de pull-up.
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Le PIC est alimenté par sa broche 14. C19 sert de découplage, et la self de choc à large spectre L1 permet d'éviter de retrouver des résidus d'horloge sur la ligne d'alimentation. Le microcontrôleur est synchronisé à 8,192 MHz par le quartz X2. Cette fréquence de synchronisation n'a pas été choisie au hasard. Sa fondamentale et ses harmoniques ne perturbent pas le récepteur et de plus le quartz est d'un modèle courant et peu cher. P1 permet de régler la luminosité de l'afficheur et C20 découple son alimentation. R22 limite le courant d'éclairage de l'afficheur si l'option est utilisée. Un interrupteur peut être placé en série avec R22 si vous voulez éteindre le rétroéclairage de l'afficheur. Très utile pour économiser les accus quand on fonctionne en autonome.
La fréquence issue de l'oscillateur local du MC3362 du récepteur passe par C2 puis est amplifiée par Q1 avant d'être appliquée au travers de C4 sur la broche 4 du synthétiseur. R1, R2 et R4 fixent le gain de l'amplificateur.
La fréquence de référence est obtenue à l'aide d'un oscillateur à quartz externe construit autour de Q2. La fréquence d'oscillation est fixée par le quartz X1 à 2,4576 MHz. Ce quartz est également d'un modèle courant et sa fondamentale ainsi que ses harmoniques ne perturbent pas le récepteur. La résistance R7 charge l'oscillateur. La Led D1 permet de visualiser le verrouillage du synthétiseur. La résistance R12 fixe le courant de cette Led.
Le filtre de boucle est constitué par R8, R9, R10, C9, C10 et C11. Ces composants prendront des valeurs différentes suivant la bande choisie. La résistance R11 limite le courant avant d'envoyer la tension d'erreur vers les diodes varicaps de l'oscillateur local. Le régulateur IC3 fournit une tension de 5V au montage. C12, C13, C21, C22 et C23 découplent celle-ci.
Montage:

Les dimensions du circuit imprimé permettent de monter sans problèmes le synthétiseur dans un boitier existant, notament en remplacement du fréquencemètre à PIC décrit dans les pages précédentes.
Sans vouloir me répéter dans toutes les descriptions, il est impératif d'être soigneux au montage de la platine si on veut que le synthétiseur fonctionne du premier coup. Vérifiez bien les composants et leurs emplacements, faites des soudures correctes, en soudant les composants au plus court.

Les liaisons avec l'afficheur LCD se feront avec du câble plat, c'est plus propre. Attention au sens de branchement des différents fils de ce câble ! Ils ne sont pas placés dans le sens d'une suite logique. Ne pas oublier les straps (à monter en premier) qui évitent l'utilisation d'une platine double face, et permettent de mieux répartir le plan de masse. Placer en dernier les circuits intégrés, et bien vérifier que IC2 a été programmé pour la bonne bande de fréquences. Les composants R9, R10, C9, C10 et C11 du filtre de boucle sont fonction de la bande choisie (valeurs données dans la liste des composants).
Le raccordement de la platine n'est pas compliqué. Le synthétiseur utilise comme VCO celui intégré dans le circuit MC3362 du récepteur. Il va donc falloir enlever, sur la platine du récepteur, les composants inutiles, c'est-à-dire le potentiomètre Pot2 (monté en face avant), la résistance R3 et le condensateur C12. Remplacer éventuellement C12 par un condensateur de 10 nF. Raccorder au moyen d'un petit câble blindé (le blindage est impératif) la sortie " Frq " du récepteur à l'entrée " Frq " du synthétiseur. Cette liaison permet au synthétiseur de connaître parfaitement la fréquence d'oscillation du VCO pour en corriger la dérive. La tension de correction de la dérive est envoyée aux diodes varicaps D2 et D3 du VCO par la laison en fil blindé qui relie la sortie " V/Vco " du synthétiseur, au point commun de R4, P2 et C12 du récepteur (il faut impérativement que Pot2 et R3 soient enlevés, sinon cela ne fonctionne pas). Ensuite il faut relier par un fil les points " PTT " du synthétiseur et de l'émetteur. Ceci permet de signaler au synthétiseur qu'on est passé en émission, et de ce fait, si on a activé la commande RIT, la fréquence d'émission sera celle affichée au moment où on a appuyé sur le bouton poussoir RIT. Les points " Pas " et " RIT " sont à relier à deux boutons poussoir qu'on fixe en face avant. " Pas " sert à changer le pas (100 Hz, 1 ou 10 Khz), et " RIT " à activer où désactiver cette fonction, avec rappel sur l'afficheur LCD. Ne pas oublier de raccorder l'encodeur par trois fils. Celui-ci sera monté sur la face avant en lieu et place du potentiomètre Pot2. Pour terminer, ne pas oublier de raccorder la tension d'alimentation. Le + 12 volts pourra être pris après la diode de protection D1 du récepteur.

Réglages:
Tout d'abord s'assurer que le PIC 16F84 est bien programmé pour la bonne bande. Les fichiers " hexa " peuvent être obtenus sur simple demande par e-mail à F5RDH. Des PIC tout programmés peuvent être obtenus chez Dahms Electronic.
Pour que tout fonctionne parfaitement, il faut absolument que les valeurs de L7, C13+C14, D2+D3 du récepteur soient celles prévues d'origine (liste des composants page récepteur).
Mettre sous tension. Après deux ou trois secondes vérifier la Led D1. Si elle clignote, le synthétiseur n'est pas verrouillé. Régler L7 du récepteur jusqu'à avoir un éclat fixe de D1 (utiliser un tournevis non métallique).
En tournant l'encodeur rotatif, afficher, suivant la bande, 3.800.0 ou 7.100.0 ou 14.000.0 (pour aller plus vite choisir le pas de 10 Khz par appuis successifs sur le bouton poussoir " Pas ").
Brancher un voltmètre sur la sortie " V/Vco " et ajuster L7 du récepteur jusqu'à lire 0,83 volts. Aller à l'autre extrémité de bande et vérifier que l'éclat de la Led D1 est toujours fixe.
La dernière chose à vérifier est l'exactitude de la fréquence affichée. Il faut comparer avec un autre récepteur ou un générateur HF à affichage précis de la fréquence. Si la différence est inférieure à 100 Hz, l'ajustage précis se fait avec le condensateur ajustable CV1 en série avec le quartz X1. Si la différence est supérieure à 100 Hz, il va falloir configurer le PIC pour lui indiquer la valeur de la correction. Pour ce faire, éteindre l'appareil puis le rallumer en appuyant simultanément sur le bouton poussoir " RIT ". L'afficheur LCD affiche " DECALAGE : 00.0 K ". A ce stade il faut rentrer la valeur du décalage en fréquence notée entre l'affichage du synthétiseur et celle du récepteur de référence. A l'aide de l'encodeur afficher ce décalage (au pas de 100 Hz). En appuyant sur le bouton poussoir "PAS " on choisit entre un décalage positif ou négatif. La mémorisation de la valeur choisie se fait en appuyant sur le bouton poussoir " RIT ". Faire des essais en comparant avec le récepteur étalon ou le générateur HF. Le décalage restera en mémoire et sera actif à chaque mise sous tension. Terminer en corrigeant avec CV1 pour être pile sur la bonne fréquence. C'est plus facile à faire qu'à expliquer…
L'ensemble étant réglé, bon trafic avec votre nouvel émetteur-récepteur synthétisé.

Cliquer pour agrandir Cliquer sur les images ci-contre, et plus haut pour le schéma électrique, afin de les agrandir, pour en avoir un exemplaire utilisable. Les dimensions du circuit sont 130 x 48 mm. Cliquer pour agrandir
Liste des composants:

Toutes les résistances ¼ de watt
R22 : 22 ohms
R3, R4 : 220 ohms
R12, R15 : 470 ohms
R11 : 4,7 K
R1, R13, R14, R16, R17, R18, R19, R20, R21 : 10 K
R2, R8 : 12 K
R6 : 22 K
R5 : 470 K
R7 : 4,7 M
Tous les condensateurs céramique boule espacement 1 unité (sauf spécifications contraires)
C1 : 22 pF
C17, C18 : 33 pF
C6 : 47 pF
C5 : 150 pF
C4 : 470 pF
C3, C8 : 1 nF
C2, C14, C15 : 10 nF
C7, C12, C19, C20, C21, C22, C24 : 100 nF

C16 : 100 nF espacement 2U
C13, C23 : 47 µF chimique radial 25V
CV1 : 22 pF ajustable vert 7,5mm
IC1 : MC145170
IC2 : PIC 16F84-04 programmé (Dahms Electronic le fournit programmé). Sinon, pour les fichiers hexa, télécharger ici.
Q1, Q2 : 2N2222
D1 : Led 3mm
D2 : 1N4148
P1 : ajustable à plat 10 K
X1 : quartz 2,4576 Mhz
X2 : quartz 8,192 Mhz
L1 : self de choc large spectre BL02-RN2 (peut-être remplacée par VK200)
1 afficheur LCD 1 ligne de 16 caractères, type PC1601 ou équivalent
1 encodeur rotatif
2 boutons poussoir 1 contact
Composants dont la valeur est fonction de la bande de fréquences choisie :
R9 : 39 K (bande 80m), 82 K (bande 40m), 33 K (bande 20m)
R10 : 68 K(bande 80m), 120 K (bande 40m), 47 K (bande 20m)
C9 : 470 nF (bande 80m), 100 nF (bande 40m), 330 nF (bande 20m)
C10 : 10 µF (bande 80m), 3,3 µF (bande 40m), 10 µF (bande 20m)
C11 : 220 nF (bande 80m), 68 nF (bande 40m), 220 nF (bande 20m)