Montage n 5 Une radio FM

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1 Montage n 5 Une radio FM La haute fréquence est très sensible à des Année de programme 7e à 9e paramètres qui peuvent sembler de prime Temps de réalisation 3 périodes abord plutôt anodins : qualité des soudures, Prix approximatif Fr. 31. / 38. forme des pistes du circuit, etc. C est pourquoi, l utilisation d une carte de laboratoire ne donne pas, dans ce cas, un assez bon résultat. Mais, ce montage étant particulièrement attrayant pour nos élèves férus de musique, il serait toutefois dommage de s en priver. Donc, à moins de posséder une installation de gravage de circuits imprimés, l occasion nous est offerte ici de faire appel à un kit et d essayer l implantation de composants sur un circuit imprimé. La solution de l achat d un kit est souvent plus onéreuse, mais présente l avantage pour le maître de simplifier considérablement l acquisition du matériel nécessaire à la réalisation du montage. Le kit le moins cher que j ai trouvé est disponible chez Opitec pour Fr. 26,50 (y compris un affreux boîtier qu en principe on se dépêche d oublier). Objectifs Implanter et souder des composants sur un circuit imprimé Câbler des potentiomètres, dont un avec un interrupteur intégré Bobiner, implanter et souder une self Implanter et souder un transistor Caractéristiques Récepteur de radio FM (fréquences de 87 à 108 MHz). L échelle des fréquences se règle à l aide de selfs que les élèves bobinent eux-mêmes. Un potentiomètre règle le volume sonore et allume la radio, un autre permet la recherche de stations. 103

2 Matériel nécessaire Kit Radio ondes UC n de chez Opitec Fr. 26,50 un potentiomètre 22 kω avec interrupteur intégré (R5) Fr. 3,30 une antenne téléscopique 92 cm Fr. 4,50 une pile 9 V Fr. 2,70 un connecteur à pression pour pile 9 V Fr. 0,80 ~ 500 mm de câble gainé 0,14 mm 2 rouge ~ 500 mm de câble gainé 0,14 mm 2 noir ~ 500 mm de câble gainé 0,14 mm 2 vert ~ 500 mm de câble gainé 0,14 mm 2 blanc Fr. 0,30 en tout Fil de soudure Principe Pour réaliser la radio, on peut tout à fait se contenter du matériel fourni par Opitec. Toutefois, pour en améliorer l utilisation dans un boîtier, je suggère de ne pas utiliser le bouton poussoir (interrupteur) mis avec le kit, mais de remplacer le potentiomètre de volume par un élément qui combine le réglage du volume sonore et l allumage de la radio. Dans le même ordre d idée, à titre d antenne, on peut laisser pendre un fil électrique comme le propose le kit ce qui n est ni très pratique, ni très esthétique ou de le remplacer par une vraie antenne, qui sera en outre beaucoup plus efficace. Ces modifications augmentent évidemment le coût du montage. Le fonctionnement d une radio est beaucoup trop complexe pour être étudié dans le détail ici. Le travail sur les fréquences fait intervenir des notions très pointues liées aux différents filtres et oscillateurs associant résistances, condensateurs et selfs (bobines). Je me contenterai donc d en présenter les principales parties et de donner quelques courtes explications sur certains éléments en particulier. Comme on peut le constater à la page suivante, le montage comporte de nombreux condensateurs à souder sur le circuit. La raison en est que ce composant, de même que les bobines, est presque impossible à inclure dans un circuit intégré. 104

3 Circuit de la radio fourni par Opitec (plus quelques modifications pour qu il corresponde au réellement au circuit imprimé joint au kit). 105

4 A. Le TDA 7000 (IC1) Cœur du montage, ce circuit se charge de recevoir les fréquences hertziennes via l antenne et d opérer le tri avec l aide d une fréquence de référence fournie par l oscillateur. B. L oscillateur Celui-ci amène au TDA 7000 la fréquence de comparaison nécessaire pour faire le tri dans toutes les fréquences réceptionnées. Selon son écartement, la bobine L2 fixe la plage de fréquences prise en compte, affinée par le potentiomètre R4. i Les selfs, également appelées bobines ou solénoïdes, exploitent les propriétés magnétiques d une bobine de fil de cuivre traversée par un courant électrique. Dans un circuit, elle aura une influence par autoinduction sur le passage du courant et sur les hautes-fréquences. Son effet est appelé Inductance, qui se mesure en Henry (H). C. L amplificateur Le TBA 820 (IC3) amplifie le signal très faible délivré par le TDA Le taux d amplification est défini par le potentiomètre R5. D. L alimentation Le 78L05 (IC2) stabilise la tension dans le circuit. 106

5 Réalisation Le document annexé par Opitec au kit donne toutes les informations nécessaires et la marche à suivre correspond à celles déjà décrites dans les montages précédents. Quelques points particuliers Le montage ne comporte qu un seul pont, puisqu ici les pistes du circuit imprimé remplacent la multitude de ponts nécessaires dans les montages sur carte de laboratoire. Le IC2 (stabilisateur de tension), bien qu il s agisse d un circuit intégré, à la même apparence qu un transistor. Son implantation se fait donc comme pour ce dernier. Les selfs sont bobinées autour d une mèche de Ø 5 mm à l aide du fil argenté fourni. Il faut prendre garde de respecter scrupuleusement le nombre de spires indiqués et de veiller à ce que celles-ci ne se touchent pas. Implantation des ponts et des composants pp. 37 à 39. Souder un circuit intégré (ou son support) p. 40. Vue de face Vue de côté 107

6 Le circuit avant câblage Liste de prix indicatifs des éléments électroniques composant la radio FM. Dénomination Type, dimensions Fournisseur, lieu d'achat Référence, Nombre n de commande de pièces achetées Prix unitaire Commentaire, quantité réellement nécessaire Kit Radio ondes UC Opitec Potentiomètre 22 kω Avec interrupteur Distrelec pièce Antenne téléscopique 92 cm Sono-Light Import pièce 108

7 Application n 5 Papeterie musicale Les formes que peuvent prendre le boîtier d une radio sont infinies. La mode des objets en plastique transparent, lancée par les imac, m a semblé toute indiquée pour cet objet, à la fois radio de table, porte-bloc et porte-crayons. Année de programme 8-9e Temps de réalisation 20 périodes Prix approximatif Fr. 9. Objectifs Usiner le verre acrylique Câbler de manière ordonnée un faisceau de câbles 109

8 Matériel nécessaire verre acrylique coulé et coloré 380 x 380 mm (~ 500 g.) Fr vis M3 x 10 mm, tête conique Fr. 0,50 4 vis M3 x 16 mm, tête conique + 4 écrous M3 Fr. 0,45 4 vis M3 x 30 mm, tête conique + 4 écrous M3 Fr. 0,50 ~ 40 mm de tourillon lisse de Ø 4 mm (tiges pour figurines) Fr. 0,04 ~ 200 mm de tube rigide en plastique, diamètre intérieur 3 mm ou tourillon percé (entretoises) ~ 40 mm de paille à boisson Ø 5 mm une chute de cuivre de 1 mm d épaisseur de la bande velcro un bloc de Post-it 79 x 79 mm Fr. 2,00 colle pour plastique ou verre acrylique Préférer au verre acrylique extrudé bon marché que l on trouve dans les do-it yourself un verre acrylique coulé, qui s usine et se colle mieux. Sa transparence est aussi plus durable. Réalisation Marche à suivre Le boîtier 1. Tracer au feutre indélébile, scier, limer et percer les pièces selon les plans. Chanfreiner les trous pour que les têtes de vis affleurent. Conserver les films de protection le plus longtemps possible. 2. Poncer les tranches avec du papier de verre très fin, puis les polir à l aide d une ouate de polissage (type Metarex). 3. Avant de passer au collage, tracer l emplacement des pièces sur les pièces extérieures. 110

9 Mémoire de brevet 2004 Intégration de l électronique dans les travaux manuels 4. Coller les pièces dans l ordre ci-dessous. Souder les câbles (deux couleurs différentes) au hautparleur avant de le coller. 5. Préparer les quatre petites pièces de 14 x 8 mm et les coller dans le boîtier (voir projection). 111 J ai utilisé de la colle Patex «Plastix» qui donne un assez bon résultat. Elle se pose en deux étapes : d abord un activateur sur les deux surfaces à coller (bien laisser sécher 2 à 3 minutes), puis une colle instantanée sur une des surfaces. Les surplus de colle peuvent être enlevés à l aide d un ciseau bien affûté que l on glisse précautionneusement sur la surface du verre acrylique. L opération est toutefois assez délicate.

10 Le porte-bloc 6. Tracer au feutre indélébile, scier, et limer les pièces selon les plans. 7. Coller face à face les deux pièces de 83 x 15 mm. Les coller sur le porte-bloc. 8. Par les trous déjà percés du porte-bloc, percer avec une mèche de Ø 3 mm au travers du tout. 9. Présenter le porte-bloc à sa place dans le boîtier et pointer par les trous latéraux l emplacement des perçages pour l axe. 10.Percer au Ø 4 mm sur une profondeur de 10 mm. 11.Essayer l assemblage avec des tourillons de Ø 4 mm. Si le porte-bloc frotte en pivotant, pratiquer un petit chanfrein sur les extrémités des côtés du boîtier. 12.Percer au Ø 4 mm le trou de passage des câbles (voir cotes ci-contre). 112

11 Le fond et le support 13.Tracer, scier, limer et percer les pièces selon les plans. 14.Coller les supports sur le fond. 15.Dans le boîtier, pointer l emplacement des trous de fixation (sur la ligne de collage entre les petites cales et les côtés). Percer au Ø 2,5 mm sur une profondeur de 9 mm. 16.Tarauder les quatre trous de fixation avec un taraud M3. Fixation et câblage du circuit 17.Préparer la cosse d antenne dans la chute de cuivre. Poncer et polir. 18.Souder dans le trou de Ø 2 mm un assez long câble vert ou blanc. 19.Rallonger les câbles du connecteur de piles en soudant des câbles de la même couleur. Isoler les épissures. 20.Coller le morceau de paille au point de passage des câbles dans le boîtier. Y faire passer les câbles du connecteur de pile, du haut-parleur et de l antenne (laisser un peu de jeu et bien identifier les câbles de couleur identique). 113

12 Mémoire de brevet 2004 Intégration de l électronique dans les travaux manuels 21.Attacher les câbles ensemble à l aide d un bout de gaine thermorétractable ou un morceau de ruban adhésif isolant. Les câbles doivent rester dans le même arrangement. Ils ne doivent pas se croiser. Faire passer ensuite les câbles dans le porte-bloc par le trou de passage. 22.À la sortie du trou de passage, écarter le fil d alimentation rouge. Couper un morceau de câble rouge et l intégrer au faisceau. Attacher les câbles ensemble. 23.Fixer le circuit avec des vis M3 x 16 mm et en le séparant du porte-bloc à l aide de quatre entretoises de 5 mm de long. Passer au préalable le faisceau de câbles sous le circuit. 24.Souder les câbles au circuit. 114

13 25.Visser les potentiomètres sur la plaque avant et la fixer avec des vis M3 x 30 mm au porte-bloc. Séparer la plaque avant du porte-bloc à l aide de deux entretoises de 14 mm de long (en bas) et deux entretoises de 20 mm (en haut). 26.Scier de longueur les deux tourillons de Ø 4 mm pour l axe, les coller au fond du portebloc après les avoir passé dans les trous latéraux du boîtier. 27.Passer l antenne télescopique dans le trou prévu à cet effet et placer la pile 9V sur le connecteur. Glisser la pile à sa place (connecteur vers le bas). 28.Visser le fond sur le boîtier, en commençant par la vis M3 x 10 mm de l antenne (passer la vis dans le fond et dans la cosse et visser au bas de l antenne). Visser ensuite les quatre autres vis M3 x 10 mm. 29.Coller deux petits bouts de velcro (3 mm de large) en haut du porte-bloc et, en face, sur la tranche du boîtier, afin que le porte-bloc reste croché lorsqu il est rabattu. 30.Pour terminer, coller à l aide d un ruban adhésif double face le bloc de Post-it sur le porte-bloc. Il est de plus possible, si on le désire : Mettre deux boutons de son choix sur les axes des potentiomètres (mais ceux fournis avec le kit ne sont pas très beaux, ni vraiment adaptés). Ajouter sur la plaque avant le symbole usuel du volume ( ) et des indications de fréquences. 115

14 Liste de prix indicatifs des éléments composant la papeterie musicale. Dénomination Type, dimensions Fournisseur, lieu d'achat Référence, Nombre n de commande de pièces achetées Prix unitaire Commentaire, quantité réellement nécessaire Verre acrylique Coupons Néon IMSA SA Fr. 8. à 12. par kg Vis M3 x 10 mm + écrous Tête conique Jumbo Boîte de 14 pièces Vis M3 x 16 mm + écrous Tête conique Jumbo Boîte de 14 pièces Vis M3 x 30 mm + écrous Tête conique Jumbo Boîte de 12 pièces Tiges pour figurines Ø 4 mm Migros Paquet de 10 pièces Bloc Post-it 79 x 79 mm Bureau de poste Kit Radio ondes UC Opitec Potentiomètre 22 kω Avec interrupteur Distrelec pièce Antenne téléscopique 92 cm Sono-Light Import pièce 116

15 Papeterie musicale Montage du circuit de la radio 1. Selon le plan d implantation, souder dans l ordre le pont, les résistances, la diode D1, les condensateurs, les circuits intégrés. 2. Sur une mèche de Ø 5 mm, enrouler régulièrement le fil argenté sur 8 spires pour L1 et 4 spires pour L2. Souder les deux bobines en place. 3. Câbler les deux potentiomètres. 4. Tester le montage et régler l écartement des spires de L2 pour obtenir la plage de fréquences voulues. Fabrication du boîtier 1. Tracer au feutre indélébile, scier, limer et percer les pièces selon les plans. Chanfreiner les trous pour que les têtes de vis affleurent. Conserver les films de protection le plus longtemps possible. 2. Poncer les tranches avec du papier de verre très fin, puis les polir. 3. Tracer l emplacement des pièces à coller sur les pièces extérieures. 4. Coller ensemble les pièces du boîtier (câbler le haut-parleur avant de le coller). 5. Préparer les quatre petites pièces de 14 x 8 mm et les coller dans le boîtier. Fabrication du porte-bloc 1. Tracer au feutre indélébile, scier, et limer les pièces selon les plans. 2. Coller face à face les deux pièces de 83 x 15 mm. Les coller sur le porte-bloc. 3. Par les trous déjà percés du porte-bloc, percer avec une mèche de Ø 3 mm au travers du tout. 4. Présenter le porte-bloc à sa place dans le boîtier et pointer par les trous latéraux l emplacement des perçages pour l axe. 5. Percer au Ø 4 mm sur une profondeur de 10 mm. 6. Percer au Ø 4 mm le trou de passage des câbles.

16 Fabrication du fond et du support 1. Tracer, scier, limer et percer les pièces selon les plans. 2. Coller les supports sur le fond. 3. Percer les trous de fixation au Ø 2,5 mm sur une profondeur de 9 mm. 4. Tarauder les quatre trous de fixation avec un taraud M3. Fixation et câblage du circuit 1. Préparer la cosse d antenne dans la chute de cuivre. Poncer et polir. 2. Souder dans le trou de Ø 2 mm un assez long câble. 3. Rallonger les câbles du connecteur de piles en soudant des câbles de la même couleur. Isoler les épissures. 4. Coller le morceau de paille au point de passage des câbles dans le boîtier. Y faire passer les câbles du connecteur de pile, du haut-parleur et de l antenne (laisser un peu de jeu et bien identifier les câbles de couleur identique). 5. Attacher les câbles ensemble. Les faire passer dans le porte-bloc par le trou de passage. 6. À la sortie du trou de passage, écarter le fil d alimentation rouge. Couper un morceau de câble rouge et l intégrer au faisceau. Attacher les câbles ensemble. 7. Fixer le circuit avec des vis M3 x 16 mm et en le séparant du porte-bloc à l aide de quatre entretoises de 5 mm de long. Passer au préalable le faisceau de câbles sous le circuit. 8. Souder les câbles au circuit. 9. Visser les potentiomètres sur la plaque avant et la fixer avec des vis M3 x 30 mm au porte-bloc. Séparer la plaque avant du porte-bloc à l aide de deux entretoises de 14 mm de long (en bas) et deux entretoises de 20 mm (en haut). 10.Scier de longueur les deux tourillons de Ø 4 mm pour l axe, les coller au fond du portebloc. 11.Passer l antenne télescopique dans le trou prévu à cet effet et placer la pile 9V sur le connecteur. Glisser la pile à sa place (connecteur vers le bas). 12.Visser le fond sur le boîtier, en commençant par la vis M3 x 10 mm de l antenne. Visser ensuite les quatre autres vis M3 x 10 mm. 13.Coller deux petits bouts de velcro en haut du porte-bloc et, en face, sur la tranche du boîtier. 14.Pour terminer, coller à l aide d un ruban adhésif double face le bloc de Post-it sur le portebloc.

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