Un ampli RF large bande pour notre générateur DDS EN1644

Cet amplificateur RF à large bande met en oeuvre le minuscule circuit intégié monolithique MAV11 et un transistor NPN 2N3725:

il amplifie toutes les fréquences comprises entre 0,4 MHz (soit 400 KHz) et 120 MHz de 14 dB. Cela correspond à un gain en tension de 5 (voir figures 1 et 2), ce qui fait passer la tension de sortie de notre générateur DDS de 3 Vpp à 15 Vpp (à vide).

Dans les numéros 87 et 88 d’ELM (octobre et novembre D 2006), nous vous proposions de construire un générateur BF-VHF DDS (Direct Digital Synthesizer), fournissant en sortie un signal parfaitement sinusoïdal variable de 1 Hz à 120 MHz et avec une stabilité supérieure à celle d’un oscillateur à quartz. C’est en raison de telles caractéristiques que les générateurs DDS sont en passe de devenir indispensables au technicien radio-télévision. N’importe quelle fréquence peut être prélevée dans cette gamme avec la précision du Hz: il suffit de taper sur le clavier 105 000 001 pour obtenir une fréquence de 105 000 001 Hz (105 MHz et 1 Hz) et cette précision au Hz va se maintenir même si nous laissons notre générateur allumé pendant tout un mois! On se sert déjà de ces générateurs DDS comme oscillateurs locaux des récepteurs professionnels et les laboratoires les utilisent pour visualiser les courbes des filtres RF ou pour contrôler la stabilité des oscillateurs.
En fait on les met aussi à profit chaque fois qu’on a besoin d’une fréquence très stable, comme par exemple pour réaliser des instruments de mesure. A la sortie du générateur DDS EN 1644 (voir le numéro 87 d’ELM) nous prélevons un signal sinusoïdal de 3 Vpp d’amplitude à vide (en charge, sous 50-52 ohms, cette amplitude chute à 1,5 Vpp). Limpédance caractéristique de la sortie du générateur est en effet de 50 ohms. Voir figure 1.
En montant sur cette sortie l’amplificateur RF EN1663 que le présent article vous propose de construire, l’amplitude du signal passera à 14-15 Vpp à vide et 7-7,5 Vpp avec une charge de 50 ohms en sortie, le signal étant toujours parfaitement sinusoïdal. Voir figure 2. Bien que cet amplificateur ait été conçu pour être couplé avec notre générateur, vous pourrez l’utiliser pour amplifier le signal d’un oscillateur local afin de pouvoir piloter un mélangeur à diodes, lequel nécessite un signal assez fort.
Le schéma électrique
Pour la description du schéma électrique de la figure 3, partons de la prise d’entrée sur laquelle on aura appliqué le signal RF à amplifier Ce signal, avant d’atteindre l’entrée de ICi, le fameux MAV11, passe à travers un atténuateur R1-R2-R3 afin d’éviter qu’un signal trop puissant n’arrive sur le circuit intégré, ce qui le saturerait et risquerait de lui faire produire des harmoniques de trop haut niveau. Le signal maximal que nous pouvons appliquer à l’entrée de l’amplificateur est de 1,5 Vpp à vide, ce qui, sur une charge de 50 ohms, correspond à une puissance d’environ 50 mW.
La broche de sortie du MAV11 est alimentée en 12 Vcc à travers la résistance R4 de 120 ohms et la self JAF1. Le signal à la sortie du MAV11 est transféré par 06 à la base de TRi, lequel l’amplifie de 10-12 dB; nous aurons donc à la sortie de l’amplificateur un signal d’une amplitude d’environ 7-7,5 Vpp et ce pour toute la gamme de 0,4 MHz à 120 MHz et sur une charge de 50 ohms.
Note: attention, si vous voulez relier la sortie de l’amplificateur à la sonde d’un oscilloscope, afin de mesurer l’amplitude du signal, n’oubliez pas d’interposer une charge fictive constituée de deux résistances de 100 ohms montées en parallèle (ce qui fait 50 ohms).
La résistance R8 de 220 ohms, montée en série avec la self JAF2 de 0,1 pH et le condensateur 011 de 10 nF, tous trois montés entre la base de TRi et la sortie de l’amplificateur, servent à réduire le gain de l’étage aux fréquences les plus basses, afin d’éviter toute
saturation, TRi consommant tout de même 60 mA, nous le coifferons d’un petit dissipateur, comme le montrent les figures 4a et 5.

Figure 1: Avec notre générateur DDS EN1644 sans amplificateur RF nous pouvons prélever un signal de sortie sinusoïdal RF d’une amplitude d’environ 3 Vpp (à vide) chutant (sous une charge de 50 ohms) à environ 1,5 Vpp.

Figure 2: Avec l’amplificateur RF EN1663 (schéma électrique figure 3) couplé nous pouvons prélever un signal de sortie sinusoïdal RF d’une amplitude d’environ 14-15 Vpp (à vide) soit (sous une charge de 50 ohms) environ 7-7,5 Vpp.
Le transformateur de sortie Ti

Figure 3: Schéma électrique de l’amplificateur RF à large bande en mesure d’amplifier de 14dB (soit 5 fois en tension) tous les signaux RF de 0,4 MHz à 120 MHz qui seront appliqués à son entrée. Le signal que l’on peut appliquer à l’entrée aura une amplitude maximale de 1,5 Vpp soit une puissance de 50 mW.

Figure 4a: Schéma d’implantation des composants de l’amplificateur RF à large bande. Un petit dissipateur vient coiffer le transistor TRI. Attention à l’orientation du minuscule circuit intégré MAVII dont le point repère-détrompeur (coloré ou en relief) indique la patte de droite, celle que vous souderez à la pastille de la patte gauche de CG (voir figure 7).

Figure 4b-I: Dessin, à l’échelle I, du circuit imprimé double face à trous métallisés de l’amplificateur RF à large bande, côté soudures où sortent les deux picots d’entrée.

Figure 4b-2: Dessin, à l’échelle I, du circuit imprimé double face à trous métallisés de l’amplificateur RF à large bande, côté composants où sont montés tous les composants.

Comme le montre la figure 6, T1 est bobiné sur un noyau “balun” à deux trous: pas de panique, comme vous le voyez, sa construction est des plus simples et elle est parfaitement reproductible. Deux spires de deux fils isolés plastique de deux couleurs différentes (pour le repérage des entrées/sorties). O et D étant les extrémités de l’un des fils (par exemple le noir) etA et B celles de l’autre (par exemple le rouge), les points B et O sont reliés entre eux (voir figure 3) par les pistes du circuit imprimé; la connexion de BO à 011 et 012 est également opérée par les pistes et pastilles du ci. D est relié au 12 Vcc d’alimentation et A à la piste allant au collecteur de TRi.
L’alimentation
Tout le circuit est alimenté en 12 Vcc:
la tension doit être stabilisée et nous pouvons la prélever à la sortie S du régulateur lOi du générateur DDS (voir dans le numéro 87 d’ELM figure 4 page 63); ou bien sur une autre alimentation externe stabilisée 12 V. La consommation est en moyenne de 120 mA.
La réalisation pratique
Quand vous avez réalisé le circuit imprimé double face à trous métallisés et avec plan de masse (dont la figure 4b-1 et 2 donne les dessins à l’échelle
1:1) ou que vous vous l’êtes procuré, montez tout d’abord les 6 picots à souder; attention, les deux picots d’entrée sont montés sur la face “soudures” (voir figure 9).
Montez maintenant tous les composants (tous face “composants”) comme le montrent les figures 4a et 5. Montez en premier le circuit intégré MAV11:
attention, montez-le dans le bon sens, le point repère-détrompeur (en couleur ou en relief) indique la patte à souder à droite vers 06 (voir figure 7). Montez ensuite les résistances (R4 est une 1/2 W, elle est plus grosse), les condensateurs céramiques et les deux électrolytiques (attention à la polarité, aidez-vous du schéma électrique), les deux selfs et le transformateur T1 (après avoir réalisé ce dernier, comme le montre la figure 6 et en ayant lu le paragraphe ci-dessus concerné). Montez enfin le transistor TRi, ergot repère-détrompeur vers R7, à 5 mm

Figure 5: Photo d’un des prototypes de l’amplificateur RF à large bande.

Figure 6: TI est bobiné sur un noyau en ferrite à deux trous: 2 spires de deux fils isolés plastique de deux couleurs différentes (pour le repérage des entrées/sorties), C et D étant les extrémités de l’un des fils (par exemple le noir) et A et B celles de l’autre (par exemple le rouge). A sera reliée à la piste allant à TRI etC à celle allant à C2 (voir figure 4a).

Figure 7: Brochages du transistor 2N3725 vu de dessous et du circuit intégré amplificateur monolithique MAVII vu de dessus et point repèredétrom peur (en couleur ou en relief) vers la droite pour indiquer la patte de sortie S. Parfois un A ou II peut remplacer le point sur le corps du composant.

Figure 8: Pour monter la platine amplificateur RF EN1663 dans le boîtier du générateur DDS EN1644, vous devez d’abord ouvrir ce boîtier et démonter sa face avant; au dos de celle-ci se trouve la grande platine EN1645 surmontée (4 entretoises plastiques longues) par la platine CMS EN1644. Dessoudez le petit câble coaxial reliant la sortie de cette dernière à la BNC VHF. Otez celle platine CMS et également les deux entretoises en jaune sur le dessin.

Figure 9: A l’envers de la face avant on aura donc (de bas en haut) la grande platine EN1645 (fixée à la face avant par entretoises métalliques), la petite platine CMS EN1644 fixée sur la précédente par les deux entretoises plastiques longues restantes et la petite platine amplificateur RF EN1663 fixée sur la précédente par deux entretoises plastiques courtes. N’oubliez pas (après fixation mécanique) de souder les deux paires de picots qui coïncident (sortie de la platine CMS et entrée de la platine amplificateur RF).
environ de la surface et coiffez-le avec son dissipateur, comme le montrent les figures 4a et 5 (comme il est fendu latéralement, vous devrez peut-être l’ouvrir avec la lame d’un tournevis pendant que vous l’enfoncez sur le corps du transistor).
L’installation dans le boîtier
La platine de l’amplificateur RF EN1663 que vous venez de réaliser doit être montée sur la platine CMS du générateur DDS EN1644, dans le boîtier de celui-ci. Prenez donc ce boîtier et démontez la face avant, les circuits existants sont à l’arrière de celle-ci. Dessoudez les deux picots de la platine CMS EN1644 du petit câble coaxial allant à la BNC VHF et enlevez cette platine CMS ainsi que deux des entretoises qui la supportaient (en jaune), comme le montre la figure 8.

Figure 10: Après avoir remonté la platine CMS sur les deux entretoises restantes longues et, sur elle, monté la platine amplificateur RF (deux entretoises courtes et soudure des deux paires de picots), reliez les deux picots de sortie de la platine amplificateur RF à la BNC VHF (au moyen d’un morceau de câble coaxial).
Sur les deux entretoises restantes, réinstallez la platine CMS et, sur celle-ci, dans les deux trous libres, insérez deux petites entretoises: elles vont servir à superposer la platine EN1663 que vous venez de réaliser. Les picots de sortie de la platine CMS et les picots d’entrée de la platine amplificateur RF vont maintenant coïncider et vous n’aurez qu’à les souder (voir figures 9 et 11).
Il ne vous reste qu’à relier les picots de sortie de la platine amplificateur RF EN 1663 à la BNC de sortie VHF à l’aide d’un morceau de câble coaxial (voir figure 10). Pour finir, reliez les fils d’alimentation +12 V et masse à l’étage d’alimentation EN1646 du générateur DDS: il s’agit d’un bornier à 3 pôles mais attention, la borne centrale fournissant du +5 V ne doit pas être utilisée. Voir le numéro 88 d’ELM page 27 figure 5a.
Conclusion
Cette platine amplificateur RF vous aura permis de porter l’amplitude du signal de sortie de votre générateur DDS d’environ 1,5 Vpp à environ 7,5 Vpp sous une charge de 50 ohms, soit une multiplication par cinq de la tension RE disponible.

Figure 12: Photo d’un des prototypes de la platine du générateur DDS modifié par l’adjonction de la platine amplificateur RF EN1663. On voit ici, au fond du boîtier, la platine alimentation EN1646 du générateur DDS; c’est sur le bornier à trois bornes de cette platine que vous prendrez le +12 V et la masse destinés à alimenter le nouveau circuit. Attention, la borne du milieu (+5 V) ne doit pas être utilisée.

Publié dans Electronique-Magazine N°_97_Septembre_2007