Notre hypothèse

1. Membres du projet : Francis Roger Stéphane Lefebvre Phillipe Perrault Notre hypothèse Nous avons construit un émetteur radio qui transmet sur la bande Fm ( soit entre 88 MHz et 108 Mhz, ce qui consiste en la plage d’une radio normale). Suite à la construction de ce circuit, nous avons évalué la valeur de sa portée lorsqu’il est relié à une antenne et lorsqu’il ne l’est pas. Nous pensions que le rapport entre la portée de l’émetteur relié à l’antenne et la portée de l’émetteur sans antenne, serait d’environ 3 pour 1.

2. Notre circuit Théorie Conception Résultat L'émetteur

3. Microphone Amplificateur Oscillateur Circuit de l’émétteur construit

4. Microphone Amplificateur Oscillateur Micro: Le microphone utiliser dans ce circuit est un microphone à condensateur. Ceci veut dire que l’énergie acoustiques est transformé en variation d’énergie électrique. Pour ce faire, le micro est composé de deux plaques fines, une fixe et l’autre mobile. Avec la pression acoustique (énergie acoustique), les plaques ce rapprochent et s’éloignent et ceci crée une différence dans le voltage. Résistance R1 : Pour ce qui est de la résistance R1 placée en avant du micro, elle a pour but de régulariser la variation de courant venant de la source. Potentiomètre P1 : Finalement, le potentiomètre P1 augmente ou diminue la sensibilité du micro. Retour au circuit

5. Microphone Amplificateur Oscillateur Dans notre circuit, R2 et R6 assurent le point d’opération. Le point d’opération pour un transistor en classe A est Vcc/2 . Dans notre circuit, Vcc/2 = 4.5 V. Le transistor T2 amplifie le signal sonore avec un principe de régénération négative. Cette situation vient amplifier le signal en effectuant une différence de tension entre les différentes parties du transistor. Ceci a pour effet d’augmenter le signal venant du potentiomètre dans le circuit du micro. Ce graphique vient montrer la situation qui ce produit dans l’amplificateur. Vcc étant a 4.5 V, le transistor produit une différence de tension couvrant toute la plage, soit entre 0 et 9 volts. Si le point central est déplacé,dons plus a 4.5 V, le signal sortant de l’amplificateur ne sera pas une onde sinusoïdale et donc, il va y avoir de la distorsion. Retour au circuit

6. Microphone Amplificateur Oscillateur Afin de bien étudier la partie oscillateur de notre circuit, il faut le décortiquer en deux sous parties. La première est composé des condensateurs C6 et C5 ainsi que la bobine L1. La deuxième est constitué des résistances et du transistor T2. Lorsque l’interaction commence, les condensateurs commencent à se décharger. Pendant la montée du courant, il s’établit dans la bobine un champ magnétique où une partie de l’énergie se retrouve. Une fois que le courant atteint sa valeur maximale, le condensateur n’a plus d’énergie et toute l’énergie se retrouve dans le champ magnétique. Ensuite le système va automatiquement chercher à retrouver sont état initial. Cette situation fait en sorte que le signal ne sera pas soutenue car l’énergie total va se perdre dans les résistances Partie 1: Ce graphique démontre bien cette situation Retour au circuit

7. Microphone Amplificateur Oscillateur En d’autres mots, un oscillateur est un amplificateur modifié par la réaction positive afin de fournir son propre signal d’entrée. Donc contrairement à un système RLC qui fait décroître l’amplitude de l’oscillation , le transistor de l’oscillateur a pour fonction de réinjecter le signal positivement ,afin de maintenir l’amplitude et par le fait même le signal. Un amplificateur et un circuit résonnant parallèle LC permettant de réinjecter un signal de bonne amplitude et phase, qui sont nécessaires pour entretenir les oscillations. Pour cela, il faut un amplificateur à régénération positive. On applique un signal de régénération au lieu d’un signal d’entrée. Si le gain de boucle et la phase sont convenables, on obtient un signal de sortie soutenue et même en l’absence de signal externe d’entrée. Retour au circuit

8. Étape de conception Schéma sur Vero board Une fois le circuit trouvé, il est important de faire un plan de la disposition des pièces afin de ne pas créer de court-circuit ou de mal installer des pièces. Lorsque nous avons trouver notre circuit, qui était la première étape de tout, nous avons eu la chance de retrouver le plan de celui-ci sur Vero board. Un Vero board est une plaque sur laquelle il est possible de tester le circuit. Liste des pièces R1 = 10K; Marron, Noir, OrangeR2 = 4,7K; Jaune, Violet, RougeR3 = 10K; Marron, Noir, OrangeR4 = 10K; Marron, Noir, OrangeR5 = 100 Ohms; Marron, Noir, MarronR6 = 220K; Rouge, Rouge, JauneC1 = 4,7 µf - 25...63 V - Implantation RadialeC2 = 470 pf - Modele de type céramiqueC3 = 4,7 µf - 25...63 V - Implantation RadialeC4 = 470 pf - Modele de type céramiqueC5 = 2,2 pf - Modele de type céramiqueC6 : Condensateur ajustable, 22 ou 25 pfC7 = 10 nf - Modele de type céramiqueT1 : BC 548 B, ou BC 548 C, ou BC 549 B, ou BC 549 CT2 : 2N 2222 AP1 : Potentiometre ajustable au carbone, 22K, implantation horizontaleL1 : 1µH - Bobine 'maison' réalisée avec du fil émaillé de 1mm de diamétre; voir texteMicro: Microphone à elec, 2 fils Le plan trouvé, il faut maintenant se procurer les pièces. Nous avons premièrement été nous procurer les pièces au département d’électronique du C .R.I.F . Ensuite, nous sommes allés cherché une autre série de pièces dans un magasin situé à cowansville.

9. Étape de conception (suite) Une fois les pièces trouvées, il est venu le temps de souder les pièces sur le circuit. Vu que personne n’avait fait de soudure, nous avons dû demander au technicien du département de l’audio-visuel de cégep de Granby Haute-Yamaska de nous montrer comment procéder. Une fois les techniques de soudages appris, nous avons mis la main à la pâte afin d’effectuer le montage le plus rapidement possible. Le montage étant fini, il ne reste plus qu’à effectuer différents tests et expériences afin de trouver les propriétés du montage. Pour ce faire, nous avons étudié la portée de l’émetteur, nous avons comparé la qualité du son avec un poste de radio traditionnel, etc. Pour voir les résultats, référez-vous à la section résultat de ce document.

10. Théorie Plusieurs notions théoriques sont utiles afin de comprendre les fonctions des différentes parties Le potentiomètre Le transistor Résistance Semi-conducteur Notion de base Tension et courant Une onde

11. FONCTION DU POTENTIOMÈTRE Pour bien comprendre les explications qui suivent, voici un schéma de câblage d’un potentiomètre: Un potentiomètre est muni de trois bornes. La valeur maximale de la résistance R, entre les bornes extrêmes, est appliquée à une source de tension. Le curseur mobile permet de faire varier la division de tension entre la borne médiane et les bornes extrêmes. Le rôle du circuit du potentiomètre est de prélever une portion variable de la tension de (x)V de la source. Cette tension d’alimentation est l’entrée du potentiomètre et la tension variable, sa sortie. Deux paires de connexions aux trois bornes sont nécessaires, dont une commune à l’entrée et à la sortie. Une paire relie la tension de source aux bornes extrêmes 1 et 3. L’autre paire est constituée du curseur mobile à la borne médiane et d’une borne extrême. Le positionnement du curseur mobile à la valeur médiane de R permet le prélèvement d’une tension de (x)/2 V entre les bornes de 2 et 1, soit la moitié de la tension d’entrée de (x) V. L’autre moitié se retrouve entre les bornes 2 et 3. À mesure que le curseur est déplacé vers le haut, c’est à dire vers la borne 3, une plus grande tension existe entre les bornes 2 et 1. Quand le curseur atteint la borne 3, la résistance est maximale et la pleine tension de (x) V est offerte entre les bornes 2 et 1. Lorsque le curseur est déplacé vers le bas et atteint la borne 1, la résistance est minimale et la sortie entre les bornes 2 et 1 est nulle. La tension appliquée se retrouve maintenant entre les bornes 2 et 3. La source n’est jamais court-circuitée car la résistance maximale est toujours aux bornes de l’entrée, quelle que soit la position du curseur mobile.

12. Le condensateur

13. Le transistor Le transistor est constitué d’une jonction PN et d’une jonction NP, obtenues en plaçant un semi-conducteur de type P ou de type N entre deux semi-conducteurs de type opposé. Le but consiste à avoir une première section qui fournit des charges, soit des trous, des électrons, qui seront recueillies par la troisième section après avoir traversé la section centrale. L’électrode qui fournit les charges est l’émetteur, l’électrode opposée qui recueille les charges est le collecteur. La base, au milieu, forme 2 jonctions entre l’émetteur et le collecteur pour commander le courant du collecteur. Il existe 2 types de transistors (les NPN et les PNP) Rôle de l’émetteur: La jonction émetteur-base est toujours polarisée dans le sens direct. Les valeurs types sont de 0,2 V poue Ge et 0,6 V pour Si. Pour le transistor PNP, l’émetteur P fournit des trous à sa jonction avec la base. La flèche pointée vers la base indique une jonction PN entre l’émetteur et la base. Ceci correspond au symbole d’une diode PN. Pour le transistor NPN, l’émetteur fournit des électrons à la base. Le symbole de l’émetteur N est donc une flèche sortant de la base, dans le sens opposé au flux électronique. Les 2 transistors utilisés pour la fabrication de notre émetteur sont de type NPN au silicium; leur polarisation direct type est de 0,6 V entre la base et l’émetteur.

14. Le transistor (suite) Rôle du collecteur: Sa fonction consiste à enlever les charges de la jonction avec la base. Le transistor PNP a un collecteur P qui reçoit les charges des trous. Le transistor NPN a un collecteur N qui reçoit des électrons. La jonction collecteur-base est toujours soumise à une tension inverse. Les valeurs types sont de 4 à 100 V. Grâce à cette polarité, il n’y a pas de charges majoritaires qui se déplacent du collecteur vers la base. Par contre, dans le sens contraire, de la base au collecteur, la tension collecteur attire dans la base les charges fournies par l’émetteur. Rôle de la base: Elle est placée au milieu et sépare l’émetteur du collecteur. La jonction base-émetteur est polarisée dans le sens direct ce qui donne au circuit de l’émetteur une très faible résistance. Mais la jonction base-collecteur est polarisée en sens inverse; le circuit collecteur a donc une résistance beaucoup plus élevée.

15. Semi-conducteur Le germanium (Ge) et le silicium (Si) sont des semi-conducteurs qui ont une résistance plus élevée que celle des conducteurs métalliques, mais beaucoup plus faible que celle des isolants. La caractéristique avantageuse qu’offrent les éléments semi-conducteurs réside dans le fait que leur structure atomique est telle que leur conductivité peut être augmentée par l’addition d’impuretés, un procédé appelé dopage. Le dopage a pour but d’augmenter le nombre de charges libres que l’on peut facilement déplacer en appliquant une tension externe. Quand il y a ajout d’électrons libres, le semi-conducteur dopé est négatif ou de type N; un manque d’électrons libres rend le matériau positif ou de type P. Le germanium et le silicium peuvent être utilisés pour ces deux types de dopage (N ou P). Lorsqu’on assemble deux types de semi-conducteurs opposés, on obtient une jonction PN ou une jonction NP. La jonction est une structure solide continue semi-conductrice, comportant des charges libres opposées aux côtés opposés. Le faible potentiel de contact intérieur aux bornes de la jonction maintient les charges opposées les unes des autres. C’est cette jonction qui est importante dans les dispositifs semi-conducteurs pratiques car la tension de la jonction commande la circulation du courant. Une jonction PN constitue en elle-même une diode semi-conductrice avec deux électrodes. Lorsqu’un type de semi-conducteur P ou N est placé entre deux semi-conducteurs de type opposé, on obtient soit un transistor triode PNP, soit un transistor triode NPN. Cette construction comprend trois électrodes: l’émetteur, la base et le collecteur. L’émetteur fournit des charges qui traversent sa jonction avec la base pour être recueillies par le collecteur au travers de sa jonction avec la base. Dans un amplificateur à transistor type, la tension de la jonction base-émetteur du circuit d’entrée commande le courant collecteur du circuit de sortie.

16. Semi-conducteur (suite) CARACTÉRISTIQUES DES SEMI-CONDUCTEURS Les semi-conducteurs ont un coefficient α négatif qui fait décroître R lorsque la température augmente et ils ont une valence de + ou - 4 . Habituellement les atomes des semi-conducteurs ne perdent pas leurs électrons de valence et n’en gagnent pas, mais les partagent avec les atomes voisins en réalisant des configurations stables à 8 électrons. Ils forment donc des liaisons covalentes. Avec des liaisons covalentes complètes, un semi-conducteur ne comporte pas d’électrons libres comme dans les métaux conducteurs. C’est pour cette raison que les semi-conducteurs sont plus résistants que les métaux. À l’état solide, le sillicium et le germanium ont des atomes disposés suivant un réseau régulier ou treillis de cubes formant une structure cristalline. Si l’on considère la structure du réseau cristallin du sillicium: Vu que ce réseau cristallin est constitué de liaisons covalentes, on peut, par ajout d’atomes d’impuretés, effectuer le dopage dans le but de modifier les caractéristiques électriques du semi-conducteur. Par le dopage, nous obtenons un semi-conducteur extrinsèque, c’est-à-dire une structure non naturelle. Un semi-conducteur extrinsèque possède, par le dopage, des charges libres. Un semi-conducteur extrinsèque se comporte comme un conducteur métallique; tous les deux présentent des charges libres que l’on peut facilement déplacer par application d’une tension. Les semi-conducteurs extrinsèques tout comme les métaux, ont un coefficient de température (faire alpha) positif car leur résistance R croît avec la température. DOPAGE DE TYPE N ET DE TYPE P Les éléments qui sont utilisés pour le dopage ont généralement une valence électronique de 5 ou de 3. En fait. L le semi-conducteur dopé a soit un excès, soit un manque d’électrons dans sa structure à liaisons covalentes. Un semi-conducteur qui possède un excès d’électrons est du type N, tandis qu’un semi-conducteur manquant d’électrons est du type P.

17. Résistance Les 2 principales caractéristiques d'un composant résistif sont sa résistance R exprimée en ohms et sa puissance nominale exprimée en watts. Il existe des résistances dans une gamme de valeurs très étendue, depuis une fraction d'ohm à plusieurs megaohms , et dont la puissance s'étale de plusieurs centaines de watts à une valeur aussi réduite que 0,1 W. La puissance nominale indique la quantité maximale de watts que la résistance est susceptible de dissiper sans produire une chaleur excessive. La dissipation signifie que la puissance est perdue comme une perte de I^2*R, car la chaleur qui en résulte n'est pas utilisée. Un trop grand échauffement pourrait brûler la résistance et donc produire une coupure. On utilise des résistances bobinées dans des applications où la dissipation de puissance dans la résistance est d’ d’environ 5 W ou plus. Pour 2 W ou moins, un type de résistance au carbone est préférable, car elle est plus petite. La plupart des résistances utilisées dans l'équipement des appareils électroniques sont de petites résistance au carbone de puissance nominale 1 W ou moins. Ordinairement, plus la valeur de R est élevée, moindre sera la puissance nominale, car le courant est plus petit. Les 2 types peuvent être soit fixes, soit variables. Les résistances fixes comportent une valeur de résistance R définie qui ne se règle pas. Une résistance variable peut se régler pour une valeur donnée située entre 0 ohm et sa résistance maximale R. Les résistance variables au carbone sont couramment utilisées pour des commandes comme la commande du volume dans un récepteur ou la commande de contraste dans un téléviseur. Une application courante des résistances bobinées variables est la division de la tension d'une alimentation.

18. Tension et courant TENSION DIRECTE Voici comment une tension directe Vf peut être appliquée aux électrodes de P et de N pour neutraliser Vb et produire un courant direct. Vf est appliquée par des fils conducteurs aux 2 extrémités des semi-conducteurs. Une connexion de ce genre, en l’absence de barrière de contact, est appelée ‘contact ohmique’. Le ddp Vf est appliquée aux bornes de la jonction. Le courant direct se produit parce que le côté P de la jonction est connecté à +Vf et le côté N à -Vf. En d’autres mots, la polarité de la tension Vf correspond aux types de semi-conducteurs. Cette polarité de la source externe Vf peut neutraliser le potentiel interne Vb. Cela est logique car +Vf à l’électrode P repousse les charges de trous vers le côté de la jonction qui possède les charges d’ions négatifs constituant Vb. Ainsi, les ions négatifs sont neutralisés. De la même manière, -Vf repousse les électrons vers la jonction du côté positif de Vb pour neutraliser les ions positifs. COURANT DIRECT Pour Si avec Vb égal à 0,7 V, un courant direct circule quand Vf tend vers 0,5 V. Pour Vb = 0,7 V ou plus, le courant direct croît tès rapidement vers la valeur maximale de saturation. Alors, la tension externe Vf neutralise complètement la barrière interne Vb. La valeur moyenne de Vf pour un courant direct est de 0,6V pour une jonction Si. De la même façon, pour la jonction Ge, la gamme de Vf pour un courant direct est de 0,1 à 0,3 V. Les valeurs types du courant direct sont de 0,2 à 20 A.

19. Tension et courant (suite) Tension inverse La tension inverse Vr attire les porteurs minoritaires en dehors de la jonction. Les ions chargés restent intacts à la jonction pour maintenir Vb. La polarité de Vr est l’inverse de celle de Vf. Il n’y a aucun courant direct. Courant inverse Lorsqu’on applique une tension inverse, le courant inverse des charges minoritaires qui circule est très faible ( 1mA pour Ge et 1uA pour Si). Le courant inverse du Silicium est pratiquement nul. COURANT COLLECTEUR Ce qui est nécessaire pour obtenir l’acion propre au transistor consiste à commander le courant collecteur par le circuit émetteur-base. L’émetteur est fortement dopé pour fournir les charges majoritaires. La base n’est que légèrement dopée et est très mince afin que ses charges puissent se déplacer vers la jonction du collecteur.La tension du collecteur est relativement élevée. Sous ces conditions, toutes les charges fournies par l’émetteur à la base sont pratiquement entraînées dans le circuit collecteur. L’émetteur N fournit les électrons à la base P. Dans ce cas, les électrons sont des charges minoritaires. À cause du léger dopage de la base, très peu d’électrons peuvent se recombiner avec les charges des trous. Toute recombinaison de charges dans la base fournit le très petit courant Ib revenant de la base à l’émetteur. Il y a une forte concentration de charges d’électrons libres dans la base à la jonction de l’émetteur, du fait de la polarisation directe. Ainsi, presque tous les électrons traversent la base mince vers la jonction du collecteur. Pour sa part, le collecteur N a une tension inverse de polarité positive. Cette tension positive attire les électrons libres venant de la base. Par conséquent, les électrons diffusés du côté émetteur de la base pénètrent dans la collecteur pour fournir un courant de dérive d’électrons Ic dans le circuit du collecteur.

20. L’onde Pour imager le concept d’onde, vous n’avez qu’à vous imaginer que vous lancez un caillou dans l’eau. À ce moment, vous perturbez la surface, qui était plane, en faisant apparaître des vagues. Ces vagues ne restent pas immobiles et n’existent pas sans mouvement. Elles s’écartent tous en cercles concentriques de l’endroit où est atterit le caillou. Ceci est un exemple d’onde qui nous permet d’en donner une définition: une onde est une perturbation qui se déplace. Dans le cas ci-dessus, c’est une perturbation de la surface de l’eau. Mais il n'y a pas que là que l'on rencontre des ondes. Les mouvements qui agitent une corde tendue sont aussi des ondes. Si vous donnez à une extrêmité de la corde un mouvement brusque, vous allez voir une déformation de la corde (la perturbation), se déplacer jusqu'à l'autre bout. C’est encore une perturbation qui se déplace, c’est ce qu'on appelle une onde. Cet exemple nous permet de constater que la matière dans laquelle l’onde se propage ne bouge pas. En fait, la perturbation se déplace mais une fois passée, la corde n’a pas bougé. C’est le même principe pour un bouchon qui flotte sur l’eau. Lorsqu’une petite vague passe, elle soulève le bouchon, puis le repose. En aucun cas, le bouchon sera emporté par la vague. Il est restera sur place. Donc les ondes se propagent sans déplacer la matière. Tout ce qui circule, c’est l’énergie. En effet, il faut de l’énergie pour soulever le bouchon et pour créer une impulsion dans la corde. La vague contient de l’énergie mais n’est pas accompagnée d’un déplacement d’eau. C’est justement grâce à l’énergie que les ondes transportent, que l’on peut recevoir de l’information de ces dernières.

21. Résultat Première expérience : Tests effectués avec l’émetteur ne possédant pas d’antenne. Portée : 10.7 mètres Lieux :Expérience effectuée dans le corridor où ce situe les laboratoires de physique et de chimie . Deuxième expérience : Tests effectués avec l’émetteur possédant une antenne. Portée : 33.0 mètres Lieux : Expérience effectuée dans le corridor où ce situe les laboratoires de physique et de chimie. Autres résultats à venir