Hesam Moshiri (Iran)

Les récepteurs FM sont parmi les circuits les plus utilisés par tout passionné d’électronique. Dans cet article, je vais vous présenter la conception complète d’un récepteur FM numérique, équipé d’un écran LCD et de trois boutons-poussoirs. Il peut rechercher des signaux FM dans la plage de 76 à 108 MHz et peut être accordé manuellement et automatiquement (mode Scan). L’intensité du signal est également représentée par un diagramme à barres sur l’écran LCD. Le son de sortie est amplifié par un puissant amplificateur stéréo de classe D de 3 W + 3 W de haute qualité. Pour contrôler le récepteur, j’ai utilisé la carte Arduino Nano, peu coûteuse et populaire.

Matériel

La figure 1 montre le schéma de l’appareil. Le circuit se compose de trois sections principales : le module récepteur FM, l’amplificateur audio et la section numérique avec l’Arduino Nano qui contrôle le dispositif. Ajoutez une antenne télescopique, une alimentation électrique et deux haut-parleurs 8 Ω pour construire ce récepteur FM numérique simple.

The schematic diagram of the FM receiver.
Figure 1. Schéma d’implantation du récepteur FM.

Réception du signal radio

Le module de réception FM est basé sur le circuit TEA5767 ; c’est un circuit intégré largement connu et qui est contrôlable via le bus I2C. Il couvre la gamme de fréquences FM de 76 à 108 MHz et a comme sorties des canaux audio stéréo G et D qui doivent être amplifiés. Même avec un écouteur, le niveau du signal audio provenant du TEA5767 est trop faible. Vous pouvez effectuer le réglage de la fréquence et la mesure de l’intensité du signal grâce au code de l’Arduino Nano.


Un filtre RC passe-bas (R4, C7, C8 et C9) est utilisé pour réduire le bruit de l’alimentation. R5 et R6 sont des résistances de rappel haut indispensables pour le bus I2C, et CON1 est un connecteur UFL qui fournit une connexion d’antenne. La figure 2 représente le module TEA5767.

The TEA5767 FM receiver module
Figure 2. Module récepteur FM TEA5767.

Amplificateur audio

Le PAM8403 est un amplificateur hifi de classe D de 3 W + 3 W qui ne peut fonctionner qu’avec une simple alimentation 5 V. Il est possible d’atteindre la puissance de sortie maximale en utilisant des haut-parleurs de 4 Ω ; cependant, pour ce projet, il est recommandé d’utiliser des haut-parleurs de 8 Ω afin de limiter la dissipation de puissance dans le régulateur de tension (IC2). Selon la fiche technique, « le PAM8403 est un amplificateur audio de classe D de 3 W. Il offre un faible taux de distorsion harmonique THD+N, ce qui lui permet de garantir une reproduction sonore de haute qualité. La nouvelle architecture sans filtre permet au dispositif de piloter directement le haut-parleur, ne nécessitant aucun filtre de sortie passe-bas, ce qui permet d’économiser les coûts du système et la surface du circuit imprimé. »
 
C1, C2 et C3 sont utilisés pour le découplage du bruit sur les broches d’alimentation. R2, R3, C4 et C5 sont utilisés pour acheminer le signal audio de sortie vers l’amplificateur. De plus, ils forment des filtres RC passe-haut pour éliminer le bruit basse fréquence. La figure 3 montre le circuit de référence du circuit intégré PAM8403. P1 et P2 sont des connecteurs XH à deux broches à angle droit qui sont utilisés pour connecter les haut-parleurs à la carte. POT1 contrôle le niveau sonore de sortie.

Reference design for the PAM8403 stereo amplifier
Figure 3. Conception de référence pour l’amplificateur stéréo PAM8403. (Source : Diodes Incorporated)

Arduino en contrôle

AR1 est une carte Arduino Nano (voir la figure 4), qui sert à contrôler ce récepteur FM numérique. Elle pilote un écran LCD alphanumérique standard de 8 x 2 caractères (LCD1). Elle lit et réagit aux boutons-poussoirs (SW1, SW2, et SW3), et envoie/reçoit les données du TEA5767 via le bus I2C. R1 règle le niveau de contraste du LCD et C10, C11, et C13 sont utilisés pour le débouclage des interrupteurs.

The Arduino Nano (for FM receiver project)
Figure 4. Module Arduino Nano.

Alimentation

Le régulateur de tension 7805 logé dans le boîtier D2PAK est le composant principal de l’alimentation qui fournit une tension stable de + 5 V au circuit. C12, C14 et C15 assurent le découplage du bruit, et le commutateur intégré de POT1 (le potentiomètre de volume stéréo) permet d’allumer et d’éteindre le dispositif.

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Conception et assemblage du circuit imprimé

La figure 5 montre le schéma d’implantation du récepteur FM numérique. Vous pouvez télécharger le fichier Gerber du circuit imprimé et les fichiers de perçage proposés par l’auteur depuis la page du projet sur le site Web d’Elektor Labs. Vous pouvez commander la carte auprès de votre fournisseur préféré.

PCB layout of the receiver
Figure 5. Disposition du circuit imprimé du récepteur.

Même si la plupart des composants du circuit imprimé sont des composants SMD, la soudure ne sera pas trop difficile avec un petit fer à souder et un fil à souder fin. Commencez par les composants SMD, prenez votre temps et vérifiez les points de soudure de chaque composant avant de passer au suivant. Laissez les composants à trous traversants en dernier et faites bien attention à quel côté du circuit imprimé ils doivent être soudés. La carte Arduino Nano est montée sur la face inférieure et l’écran LCD se trouve sur la face supérieure de la carte, de préférence sur des barrettes de prises. L’orientation correcte du récepteur TEA5767 est marquée par un petit rectangle sur le circuit imprimé, représentant le quartz du module.
 
La figure  6 illustre les vues 3D de la carte, montrant comment ce projet est construit.

The PCB
Figure 6. Circuit imprimé, vues en 3D.

La figure 7 montre les circuits de haute qualité fabriqués pour le récepteur FM numérique.

Assembled PCB
Figure 7. Circuits imprimés, un assemblé sur (en haut à gauche) et 3 autres non assemblés.

Pour votre référence, la figure 8 montre la face supérieure carte assemblée, et la figure 9 montre la vue du bas.

Assembled receiver
Figure 8. Récepteur assemblé, vue latérale du dessus.
Assembled receiver (bottom)
Figure 9. Récepteur assemblé, vue latérale inférieure.

Vous aurez également besoin de quatre entretoises de 5 mm pour fixer l’afficheur LCD sur la carte. Vous devez utiliser un connecteur UFL-à-SMA-F pour connecter votre antenne. La figure 10 montre ce type de connecteur.

Antenna connection cables
Figure 10. Câbles de connexion d’antenne avec les petits connecteurs UFL et les grands connecteurs SMA.

La figure 11 montre l’antenne télescopique qui peut être connectée.

Telescopic antenna.
Figure 11. Antenne télescopique.

Veuillez noter qu’une première version du circuit imprimé est présentée dans les figures 6 à 9, mais qu’il n’y a que des différences mineures avec la disposition finale !

Programme Arduino

Le sketch Arduino pour ce récepteur FM (FM_receiver.ino) est disponible en téléchargement sur la page Elektor Labs de ce projet [4]. La bibliothèque pour le LCD (LiquidCrystal) et la bibliothèque pour le bus I2C (Wire) sont fournies avec l’IDE Arduino. Cependant, la bibliothèque TEA5767 doit être téléchargée depuis GitHub et installée manuellement. Il suffit de copier TEA5767.CPP et TEA5767.H dans le dossier où est sauvegardé le sketch. Il ne reste plus qu’à connecter votre Arduino Nano à l’ordinateur, puis à compiler et à téléverser le code.

Utilisation du récepteur

La limite inférieure de la fréquence est de 76,0 MHz et la valeur maximale est de 108,0 MHz. Vous pouvez augmenter ou diminuer la fréquence de 0,1 MHz en appuyant sur les boutons Up (SW1) et Down (SW2), respectivement. De même, si vous maintenez ces boutons appuyés, la fréquence sera augmentée ou diminuée de façon continue. Il est donc assez facile de régler le récepteur sur la fréquence souhaitée (station FM). De plus, grâce au bouton Scan (SW3), le récepteur peut trouver automatiquement les stations FM dont le signal est suffisamment puissant et verrouiller le récepteur sur ces fréquences. Pour rechercher la station suivante, appuyez à nouveau sur le bouton Scan.
 
L’intensité du signal FM est affichée sur l’écran LCD sous la forme d’un graphique à barres. À droite de cette barre se trouve une indication si le son de la station reçue est mono « MN » ou stéréo « ST ». Dans la figure 12, le récepteur est réglé sur une puissante station FM mono à la fréquence de 100,0 MHz.

Receiver tuned to 100 MHz
Figure 12. Le récepteur est accordé sur 100 MHz, un signal mono fort.

Ce projet est disponible sur le site Web d’Elektor Labs, où il est possible de télécharger le logiciel, la conception du circuit imprimé et les fichiers Gerber associés à ce récepteur FM. Il existe également une vidéo sur YouTube qui démontre le fonctionnement de ce récepteur FM.

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