Module Préampli VFO avec CAG

Le signal de sortie du Si570 en version LVDS s’avérant trop faible pour attaquer l'entrée du mélangeur à diodes en anneau ADE-1, il est donc indispensable de l'amplifier. Il en va de même pour le Si5351 quand celui-ci est paramétré en 2mA (paramètre du VFO Arduino). En effet, Minicircuits préconise 7dBm soit 5mW et donc, 500mVrms sous 50 Ohms de signal à injecter. Cette valeur est bien sur une moyenne qui peut varier entre 4dBm et 10dBm, valeurs données par le constructeur.

Comme la majorité des modules constituant le projet 14HAM-DK2, j'ai veillé à concevoir celui-ci  de manière qu'il soit polyvalent et donc puisse être utilisé pour d'autres montages en dehors du projet 14HAM-DK2. De ce fait, ce préampli peut fonctionner sur toutes les bandes HF mais aussi en VHF jusqu'à une certaine limite. 

Il est aussi équipé d'un CAG (Control Automatique de Gain) qui permettra, si nécessaire, de limiter le niveau de sortie à une valeur choisie.

Dans le cas qui nous intéresse, on va donc l'utiliser pour amplifier le signal issu du Si570 en version LVDS ou du Si5351 quand sa sortie VFO est utilisée à la place du Si570 et paramétrée sur 2mA (paramétrage du VFO Arduino). Il ne va donc pas fonctionner dans la bande HF (3 à 30MHz), mais de 59MHz à 109MHz, et donc dans une partie de la bande VHF (30 à 300MHz). Dans cette configuration, certains composants ne seront pas utilisés et d'autre seront remplacés par d'autres.

Passons maintenant à l'analyse du schéma.

Le PCB de ce module:

Voici le schéma global de ce module:

Ce schéma ainsi que les références des composants correspondent au tracé et à l'implantation des composants du PCB. Pour le faire fonctionner en VHF, quelques petites différences sont nécessaires par rapport à une utilisation en HF. C'est ce que nous allons voir.

Le premier étage:

On commence par injecter le signal sur le primaire d'un transfo symétriseur. Celui-ci est constitué de 2 spires au primaire et de 2 spires au secondaires de fil 4/10mm sur un petit tore FT23-43. Pour réaliser un transfo HF, il convient que l'enroulement le plus petit doit présenter une impédance minimum de 4 fois son impédance de charge. De ce fait et comme la charge est de 50 Ohms et le transformateur de rapport 1/1, l'impédance du primaire et du secondaire devront présenter une impédance minimum de 200 Ohms. Avec deux spires les impédances des enroulement à 59MHz sont d'environ 233 Ohms. En dessous de 59MHz, l'mpédance des enroulement va chuter ce qui contribura à éliminer naturellement certaines fréquences HF indésirables. Voici quelques calculs réamisés avec un calculateur en ligne:

https://toroids.info/FT23-43.php

En version HF, il conviendra de réaliser ce transfo avec 2 fois 8 spires de fil 4/10mm torsadés sur tore FT37-43 ce qui nous donne une valeur théorique par enroulement d'environ 253 Ohms à 1,8MHz comme indiqué ci-après:

Ensuite, les résistances R1 et R2 de 24 Ohms en série vont fixer la charge à environ 48 Ohms et donc, proche des 50 Ohms désirés. La polarisation des deux broches de l'entrée symétrique du UA733 qui suit est assurée par R3 et RV1 et en passant par R1 et R2. Pour assurer l'amplification du premier étage, j'ai choisi un UA733 pour plusieurs raisons. 

Pour réaliser un petit ampli VHF sans contrôle automatique de gain, un simple montage à transistors aurait suffit. Mais en rajoutant un contrôle automatique de gain sur un montage à transistor, ça devient très compliqué parce que la variation de gain d'un transistor agit sur l'impédance d'entrée du montage, ce qui fait que ce montage à transistor devient plus compliqué à réaliser. Donc, l'utilisation d'un circuit intégré est plus judicieux. Il existe bon nombre de ces circuits intégrés amplificateurs HF avec CAG, mais, soit on les trouve uniquement en format CMS, soit ils ne montent pas assez haut en fréquence, soit leur puissance est beaucoup trop faible. De ce fait, je suis revenu à mon idée d'utilisé un UA733 que l'on trouve en format DIP14 et qui est capable de fonctionner aussi dans les VHF jusqu'à une certaine limite. C'est d’ailleurs cette limite qui va nous être très profitable. Considérons le tableau de la figure 12 ci-dessous:

Ce tableau nous montre trois courbe de gain différentes. Le gain 1 est obtenu en shuntant les broches "4" et "11", le gain 2 est obtenu en shuntant les broches "3" et "12" et le gain 3 est ogtenu en ne shuntant aucune de cette broches. Notre besoin est d'amplifier un signal d'environ 140mVrms issu du Si570 ou du Si5351, compris entre 59MHz et 109MHz et obtenir un signal de sortie de l'ampli d'environ 500mVrms pour attaquer le mélangeur à diodes en anneau ADE-1. En mode "gain 3" le UA733 est donné pour amplifier avec un gain en tension d'environ 10V/V en sortie symétrique (différentiel, broche 1 et 14) et donc de 5V/V en asymétrique (non-différentiel, broche 1 ou 14). Comme nous avons besoin d'amplifier seulement le signal de moins de 4 fois, le gain 3 est donc à choisir. De plus et en considérant la courbe du gain 3 de la figure 12 ci-dessus, on peut constater que la bande de 59MHz à 109MHz se situe juste sur la bosse de cette courbe. De ce fait, les fréquences en dessous seront atténuées ainsi que les harmoniques de fréquences du Si570 ou du Si5351.

Le gain du UA733 peut être ajusté en plaçant une résistance variable entre les broche "4" et "11" comme le montre la figure 11 ci-dessus. Dans notre cas, ce ne sera pas nécessaire. De ce fait, RV3 ne sera pas mis en place. En cas de nécessité on peut remplacer aussi RV3 pas un condensateur de valeur à déterminer et qui poura favoriser l'amplification des fréquences hautes. Ce condensateur est référencé sur le schéma et sur le PCB, C4. Il ne sera pas nécessaire dans notre cas.

En résumé, le UA733 amplifie la tension HF et les étages à transistors amplifient le courant. 

La dernière partie du schéma est le circuit de contrôle automatique de gain que l'on peut voir ci-dessous:

Ce circuit va nous permettre d'obtenir un niveau de sortie HF constant même si la tension HF en entrée varie. Pour cela on va d'abord transformer a tension HF crête du signal de sortie, en tension continue. On commence donc par prélever ce signal via le condensateur C16, puis on passe par R14 qui est une résistance d'environ 1 Ohm. J'ai en fait prévu son emplacement au cas où il serait nécessaire d'en placer une à ce niveau. La valeur de 1 Ohm n'est donc pas critique. Les diodes D1 et D2 vont permettre de conserver l'alternance positive du signal. Mon choix c'est porté sur des AAZ15 qui sont des diodes au germanium et qui présentent une tension de jonction d'environ 200mV et une capacité interne de moins de 1pF ce qui est important pour un fonctionnement correct en VHF. Ensuite, le condensateur C13 va supprimer le signal HF en se chargeant et présenter une tension continue à l'entrée non-inverseuse du LM358. Celui-ci va amplifier la tension à son entrée ce qui est indispensable pour que le transistor Q1 en sortie puisse fonctionner correctement. En effet, un transistor au silicium à besoin d'au minimum 600mV entre sa base et son émetteur pour commencer à être passant. Le gain du LM358 est ajustable en agissant sur RV2. Le transistor Q1, dont le collecteur est connecté sur le curseur de RV1, va provoqué une chute de la tension de polarisation de l'entrée du UA733 en fonction du signal de sortie ce qui aura pour conséquence de faire diminué le gain du UA733. Le potentiomètre RV1 va permettre de régler le seuil d'action de l'atténuation du contrôle automatique de gain. Pour régler le CAG, il faudra donc agir sur RV1 et RV2.

Comme pour les autres modules, on commence par télécharger les documents nécessaire à la construction de ce module et on peut se lancer.

Pour télécharger les documents PDF, cliquer sur les images ci-dessous, puis descendre jusqu'à la grande barre horizontale rouge et cliquer sur "Télécharger".

Nous pouvons maintenant passer à l'assemblage de ce module. Comme pour tous les autres modules, on commence par les composants les plus bas, à savoir, les résistances:

Ensuite, les 2 diodes au germanium AAZ15:

Attention en pliant les pattes, ces diodes sont fragiles!

Les 2 supports tulipes DIP8 et DIP14:

Puis les condensateurs:

Le connecteur d'alimentation à vis:

Les 2 connecteurs SMA:

Les potentiomètres ajustables multi-tours:

Les 4 transistors:

Ceux-ci seront mis en place de matière à ce que leur sommet soit en dessous des connecteurs SMA et du connecteur d'alimentation pour que le couvercle ne vienne pas les toucher. Les trois 2N2369 ne devront pas être plaqués au PCB, mais être espacés de quelques millimètres.

Les 2 résistances de 680 Ohms à la place de T2:

Et enfin, le petit transfo d'entrée T1:

Celui-ci est constitué de 2 spires au primaire et de 2 spires au secondaires de fil 4/10mm sur un petit tore FT23-43. Les 2 enroulements doivent être séparer et le spires écartées les unes des autres pour limiter au maximum les effets capacitifs. Quand on passe une fois le fil dans le trou du tore, cela correspond à une spires. Donc pour 2 spires, il faut simplement passer deux fois le fil dans le trou du tore.

Ensuite, il ne reste plus qu'à mettre en place les 2 circuits intégrés sur leur support:

Côté assemblage mécanique, on met en place la visserie de fixation: 

Et le carter qui assurera un blindage HF et une protection mécanique:

Les trous de fixation supplémentaires sont là pour fixer d'autres modules si nécessaire ou pour fixer ce module différemment.

On peut maintenant passer aux essais et réglages.

Il est possible que le controle automatique de gain ne soit pas utile avec le Si570.

Pour régler le CAG, il faudra agir sur RV1 et RV2. 

Le gain du LM358 est ajustable en agissant sur RV2.  Avec un signal très faible (200mVrms ou 300mVrms par exemple) en sortie du préampli, régler RV2 de manière à avoir environ 600mV à la base de Q1.

Le potentiomètre RV1 permet de régler le seuil d'action de l'atténuation du contrôle automatique de gain. Régler RV1 pour faire baisser le signal de sortie à une valeur voulu. Dans notre cas, environ 500mVrms, mais cette valeur peut être plus basse si nécessaire, mais pas trop (400mVrms par exemple).

Si RV1 n'a aucun d'effet, augmenté le gain du LM358 en réajustant RV2 tout en mesurant la tension en sortie du LM358 sur la broche "7" ce qui vous permettra de savoir si vous tournez dans le bon sens la vis de RV1.