PRINCIPE DU RECEPTEUR SUPERHETERODYNE

Le principe est celui du "changement de fréquence".
Contrairement aux récepteurs à amplification directe, le problème de la recherche d'une station et celui de la sélectivité se trouvent séparés.
Le premier étage "mélangeur" permet de choisir la station désirée.
Le second étage "Amplificateur Moyenne Fréquence" assure l'amplification et la sélectivité.
Cette séparation des tâches permet de soigner particulierement la sélectivité et la sensibilité du récepteur.

L'étage "mélangeur"
Dans le premier étage du récepteur, on "mélange" la tension issue du circuit d'antenne avec celle fournie par un générateur de tension alternative, l' oscillateur local (autre ois appelé hétérodyne).

Le mot "mélange", n'évoque pas une opération bien précise, et pendant longtemps on a effectivement mélangé ces deux tensions n'importe comment. Les résultats obtenus dans les années 1920 n'ont pas convaincu beaucoup d'amateurs.
Les qualités des premiers récepteurs superhétérodyne était bien la sélectivité et la sensibilité mais pas du tout la pureté du son. Beaucoup de sifflements et de distorsions qu'un nombre important de réglages parvenait tant bien que mal à atténuer.
Bref, au début, un récepteur compliqué réservé aux spécialistes et très contesté.


Récepteur DUCRETET RM7 - 1926 - 13 boutons en façade et des bobines
à changer à l'intérieur pour les diverses gammes d'ondes

Pour fonctionner correctement le "mélange" doit être une multiplication entre la tension issue de l'antenne et celle fournie par l'oscillateur.

Quelques précisions sur la multiplication

On peut vérifier des propriétés bien connues de la multiplication sur une partie agrandie du schéma ci-dessus.

* à l'instant t1 on a bien :
Vant x Vosc = - 0,4 (Vant) x - 0,9 (Vosc) = 0,36

* si une des deux tensions Vant ou Vosc est nulle le produit est nul (cas des instants t2 ou t4).

* si Vant et Vosc ont même signe, le produit est positif (cas de l'instant t1).

* si Vant et Vosc sont de signes contraires le produit est négatif (cas de l'instant t3)

 

A chaque instant la courbe rouge représente le produit de la multiplication : Vant x Vosc

Propriétés du produit : Vant x Vosc
On peut voir dans ce produit la somme de deux tensions sinusoïdales de fréquences f1 et f2
.
Ces deux tensions, ainsi que les valeurs des fréquences
f1 et f2, sont représentées sur les schémas ci-dessous :

Ne doutons pas que tous les experts en Mathémathiques auront reconnu dans ces explications graphiques, des formules qui se trouvent dans tous les manuels de trigonométrie :

 

sin a x sin b = 1/2 (cos (a -b ) - cos (a b))

ou

cos a x cos b = 1/2 (cos (a - b) cos (a b))

 

Mais, revenons au superhétérodyne...

 

L'étage Moyenne Fréquence
Le multiplicateur décrit plus haut est suivi d'un amplificateur sélectif réglé sur une fréquence fixe : l'étage Moyenne Fréquence.

La fréquence d'accord de l'étage Moyenne Fréquence étant fixe, et réglée une fois pour toutes, on peut lui donner des propriétes de sélectivité idéales tout en respectant la largeur de la bande passante nécessaire pour la radiophonie.

Fonctionnement
EXEMPLE -
L'étage moyenne fréquence est accordé sur fMF = 135 kHz (fréquence utilisée vers 1935) .
Pour fosc = 800 kHz, une station émettant sur la fréquence fant = 935 kHz sera capté par le récepteur.

En effet, le produit Vant x Vosc est équivalent à la somme de deux tensions sinusoïdales de fréquences f1 = 135 kHz et f2 = 1735 kHz.
La tension de fréquence f1 sera sélectionnée et amplifiée par l'étage Moyenne Fréquence.

On comprend le nom de "changeur de fréquence" donné à un tel montage, puisque le signal reçu à la fréquence de 935 kHz se retouve amplifié, et sort au point D, à la fréquence de 135 kHz.

En généralisant, il est facile de voir que le récepteur capte l'émission de fréquence :

fant = fosc fMF

Comme fMF est fixée :

il suffit de faire varier la fréquence de l'oscillateur pour sélectionner un émetteur.

La "fréquence image"
Hélas, le montage reçoit en même temps que lla station précédente (935 kHz) une autre émission (665 kHz) comme l'explique le schéma ci-dessous :

Cette deuxième fréquence (665 kHz) est dite "fréquence image" de la première (935 kHz).
Elle correspond à la relation :

fant = fosc - fMF

L'écart entre les deux fréquences images est de 2 x fMF (ici : 2 x 135 = 270 kHz).
Une de ces deux fréquences est indésirable et il faut ajouter un circuit sélectif dans le circuit d'antenne - le
présélecteur - pour élimner l'une des deux.

Schéma de principe définitif

La fréquence de l'oscillateur (hétérodyne), réglée par le condensateur variable "CV osc", permet de sélectionner une station.

Le présélecteur, dont la fréquence d'accord est réglée par le condensateur variable "CV accord" permet de sélectionner la station que l'on veut recevoir et d'éliminer la fréquence image de cette même station.

Il faut noter que le présélecteur n'intervient pratiquement pas dans la sélectivité globale du récepteur. Son rôle n'est que de séparer les deux fréquences images qui sont relativement éloignées (270 kHz dans l'exemple ci-dessus).
C'est à l'étage Moyenne Fréquence que revient la mission, plus délicate, de séparer deux stations très voisines, tout en respectant la bande passante de 9 kHz nécessaire à la radiophonnie.

Montage typique des années 1950

On reconnait l'amplificateur Moyenne Fréquence grâce aux deux transformateurs qui assurent les liaisons et la sélectivité de cet étage.

Depuis l'apparition des lampes à grille écran, une seule lampe suffit pour donner à cet étage un gain très important.

Remarques
* Valeur de fMF
On demande au présélecteur de séparer les deux fréquences images (écart entre elles : 2 x fMF). On conçoit l'intérêt de choisir une valeur de fMF la plus grande possible pour faciliter la tâche du présélecteur.
La valeur utilisée aujourd'hui est
fMF = 455 kHz pour la modulation d'amplitude et fMF = 10,7 Mz pour la modulation de fréquence (gamme de 88 à 108 MHz).

* En Grandes Ondes (150 kHz à 300 kHz), les montages actuels (fMF = 455 kHz) fonctionnent en élévateur de fréquence (fMF plus grand que fant).
Le terme "Moyenne Fréquence" est donc employé à contre sens puisque la "Moyenne Fréquence" est plus élevée que la "Haute Fréquence" reçue par l'antenne. On préfère parfois utiliser l'expression de "
Fréquence Intermédiaire" à la place de "Moyenne Fréquence".

* Problème de réglage. Le présélecteur et l'oscillateur ne fonctionnent pas sur la même fréquence (écart égal à fMF).
La commande des deux condensateurs variables par un même axe pose un délicat problème de réglage pour ce type de récepteur (voir la page consacrée à ce sujet).

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