Radio

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Contexte

La radio reçoit des ondes électromagnétiques de l'air qui sont envoyées par un émetteur radio. Les ondes électromagnétiques sont une combinaison de champs électriques et magnétiques qui se chevauchent. La radio convertit ces ondes électromagnétiques, appelées signaux, en sons que les humains peuvent entendre.

Les radios font partie de la vie quotidienne. Non seulement ils sont utilisés pour jouer de la musique ou comme alarmes le matin, mais ils sont également utilisés dans les téléphones sans fil, les téléphones portables, les babyphones, les ouvre-portes de garage, les jouets, les satellites et les radars. Les radios jouent également un rôle important dans les communications pour la police, les pompiers, l'industrie et l'armée. Bien qu'il existe de nombreux types de radios - horloge, voiture, amateur (amateur), stéréo - contiennent tous les mêmes composants de base.

Les radios sont de toutes formes et de toutes tailles, du petit « Walkman » AM/FM à un émetteur-récepteur multimode très sophistiqué où l'émetteur et le récepteur sont combinés en une seule unité. Les modes les plus courants pour une radio de diffusion sont AM (modulation d'amplitude) et FM (modulation de fréquence). Les autres modes utilisés par les opérateurs radioamateurs, l'industrie et l'armée sont le CW (onde continue utilisant le code Morse), le SSB (bande latérale unique), les modes numériques tels que la télémétrie, le télétype radio et le PSK (déphasage).

Historique

Guglielmo Marconi a envoyé avec succès le premier message radio à travers l'océan Atlantique en décembre 1901 de l'Angleterre à Terre-Neuve. La radio de Marconi n'a pas reçu de voix ou de musique. Au lieu de cela, il a reçu des bourdonnements créés par un émetteur à éclateur envoyant un signal en utilisant le code Morse.

La radio a obtenu sa voix la veille de Noël 1906. Alors que des dizaines d'opérateurs de navires et de radioamateurs écoutaient les messages de trafic de la soirée, ils ont été étonnés d'entendre la voix d'un homme appelant "CQ, CQ" (ce qui signifie appeler toutes les stations, j'ai des messages) au lieu des dits et dahs habituels du code Morse. Le message a été transmis par le professeur Reginald Aubrey Fessenden depuis une petite station de radio à Brant Rock, Massachusetts.

Dans les années 1904 à 1914, la radio a subi de nombreux raffinements avec l'invention des tubes à vide à diodes et à triodes. Ces appareils ont permis une meilleure transmission et réception de la voix et de la musique. Également au cours de cette période, la radio est devenue un équipement standard sur les navires traversant les océans.

La radio est devenue majeure pendant la Première Guerre mondiale. Les chefs militaires ont reconnu sa valeur pour communiquer avec l'infanterie et les navires en mer. Pendant la Première Guerre mondiale, de nombreuses avancées ont été apportées à la radio, la rendant plus puissante et compacte. En 1923, Edwin Armstrong a inventé la radio superhétrodyne. C'était une avancée majeure dans le fonctionnement d'une radio. Les principes de base utilisés dans la radio superhétrodyne sont encore en usage aujourd'hui.

Le 2 novembre 1920, la première station de radio commerciale a été diffusée à Pittsburgh, en Pennsylvanie. Ce fut un succès instantané et commença la révolution de la radio appelée « l'âge d'or de la radio ». L'âge d'or de la radio a duré du début des années 1920 à la fin des années 1940, lorsque la télévision a inauguré une toute nouvelle ère. Au cours de cet âge d'or, la radio a évolué d'un simple appareil dans une boîte encombrante à un équipement complexe logé dans de belles armoires en bois. Les gens se rassemblaient autour de la radio et écoutaient les dernières nouvelles et pièces radiophoniques. La radio occupait une position similaire à celle de la télévision d'aujourd'hui.

Le 30 juin 1948, le transistor a été démontré avec succès aux laboratoires Bell. Le transistor a permis aux radios de devenir compactes, les plus petites pouvant tenir dans une poche de chemise. En 1959, Jack Kilby et Robert Noyce ont reçu le premier brevet pour le circuit intégré. Le programme spatial des années 1960 apportera plus d'avancées au circuit intégré. Désormais, une radio pourrait tenir dans la monture de lunettes ou dans une paire de petits écouteurs stéréo. Aujourd'hui, le cadran de fréquence imprimé sur le boîtier a été remplacé par des diodes électroluminescentes ou des écrans à cristaux liquides.

Matières premières

La radio d'aujourd'hui se compose d'une antenne, d'un circuit imprimé, de résistances, de condensateurs, de bobines et de transformateurs, de transistors, de circuits intégrés et d'un haut-parleur. Toutes ces pièces sont logées dans un boîtier en plastique.

Une antenne interne est constituée d'un fil de cuivre isolé de petit diamètre enroulé autour d'un noyau de ferrite. Une antenne externe est constituée de plusieurs tubes en aluminium qui coulissent les uns dans les autres.

La carte de circuit imprimé est constituée d'un motif recouvert de cuivre collé à une carte phénolique. Le motif en cuivre est le câblage d'un composant à l'autre. Il remplace la plupart des câbles utilisés dans les anciennes radios.

Les résistances limitent le flux d'électricité. Ils sont constitués d'un film de carbone déposé sur un substrat cylindrique, enfermé dans un boîtier en plastique (polyester alkyde), avec des fils conducteurs en cuivre.

Les condensateurs stockent une charge électrique et permettent au courant alternatif de circuler dans un circuit électrique mais empêchent le courant continu de circuler dans le même circuit. Les condensateurs fixes se composent de deux électrodes étendues en feuille d'aluminium isolées par un film de polypropylène, logées dans un boîtier en plastique ou en céramique avec des fils de cuivre. Les condensateurs variables ont un jeu de plaques en aluminium fixes et un jeu de plaques en aluminium rotatives avec un isolant à air.

Les bobines et les transformateurs remplissent des fonctions similaires. Leur but est d'isoler un circuit tout en transférant de l'énergie d'un circuit à un autre. Ils se composent de deux ensembles ou plus de bobines de fil de cuivre enroulées sur un isolant ou montées côte à côte avec de l'air comme isolant.

Les transistors sont constitués de germanium ou de silicium enfermé dans un boîtier métallique avec des fils de cuivre. Le transistor contrôle le flux d'électricité dans un circuit. Les transistors ont remplacé les tubes à vide utilisés dans les anciennes radios.

Le circuit intégré contient des milliers de résistances, de condensateurs et de transistors dans un boîtier petit et compact appelé puce. Cette puce a à peu près la taille de l'ongle du petit doigt. La puce est montée dans un boîtier en plastique avec des languettes en aluminium qui lui permettent d'être montée sur une carte de circuit imprimé.

Conception

Les radios se composent de nombreux circuits électroniques spécialisés conçus pour effectuer des tâches spécifiques :amplificateur radiofréquence, mélangeur, oscillateur à fréquence variable, amplificateur à fréquence intermédiaire, détecteur et amplificateur audio.

L'amplificateur de fréquence radio est conçu pour amplifier le signal d'un émetteur de radiodiffusion. Le mélangeur prend le signal radio et le combine avec un autre signal produit par l'oscillateur à fréquence variable de la radio pour produire une fréquence intermédiaire. L'oscillateur à fréquence variable est le bouton de réglage de la radio. La fréquence intermédiaire produite est amplifiée par l'amplificateur de fréquence intermédiaire. Ce signal intermédiaire est envoyé au détecteur qui convertit le signal radio en un signal audio. L'amplificateur audio amplifie le signal audio et l'envoie au haut-parleur ou aux écouteurs.

La radio AM/FM la plus simple aura tous ces circuits montés sur une seule carte de circuit imprimé. La plupart de ces circuits peuvent être contenus dans un seul circuit intégré. Le contrôle du volume (une résistance variable), le bouton de réglage (un condensateur variable), le haut-parleur, l'antenne et les piles peuvent être montés soit sur la carte de circuit imprimé, soit dans le boîtier de la radio.

Le processus de fabrication

Il n'y a pas de processus unique pour fabriquer une radio. Le processus de fabrication dépend de la conception et de la complexité de la radio. Un exemple de radio AM/FM standard. La radio la plus simple a un seul circuit imprimé logé dans un boîtier en plastique. La radio la plus complexe possède de nombreux circuits imprimés ou modules logés dans un boîtier en aluminium.

Les fabricants achètent les composants de base tels que les résistances, les condensateurs, les transistors, les circuits intégrés, etc., auprès de vendeurs et de fournisseurs. Les cartes de circuits imprimés, généralement propriétaires, peuvent être fabriquées en interne. Souvent, les fabricants achètent des modules radio complets auprès d'un fournisseur. La plupart des opérations de fabrication sont effectuées par des robots. Ceux-ci incluent les cartes de circuits imprimés et le montage des composants sur la carte de circuits imprimés. Le montage de la carte de circuit imprimé et des commandes dans le boîtier et certaines opérations de soudure sont généralement effectués à la main.

1. La carte de circuit imprimé vierge se compose d'une résine époxy de verre avec un mince film de cuivre collé sur un ou les deux côtés. Un film photosensible photosensible est placé sur le film de cuivre. Un masque contenant les circuits électriques est placé sur le film photorésistant. Le film photorésistant est exposé à la lumière ultraviolette. L'image de la résine photosensible est développée, transférant l'image sur le film de cuivre. Les zones non exposées se dissolvent lors de la gravure et produisent un circuit imprimé sur la carte.
2. Des trous sont percés à des emplacements désignés sur la carte de circuit imprimé pour accepter les composants. Ensuite, la carte est pré-soudée en la plongeant dans un bain de soudure chaude.
3. Des composants électroniques plus petits tels que des résistances, des condensateurs, des transistors, des circuits intégrés et des bobines sont installés dans leurs trous désignés sur la carte de circuit imprimé et soudés à la carte. Ces opérations peuvent être effectuées à la main ou par des robots.
4. Les composants plus volumineux tels que le transformateur d'alimentation, le haut-parleur et l'antenne sont montés soit sur le PCB soit sur le boîtier avec des vis ou des languettes à ressort en métal.
5. Le boîtier qui abrite la radio peut être en plastique ou en aluminium. Les boîtiers en plastique sont fabriqués à partir de granulés qui sont fondus et injectés dans un moule. Les boîtiers en aluminium sont emboutis en tôle d'aluminium par une presse à métaux.
6. Les composants externes non montés sur la carte de circuit imprimé peuvent être l'antenne, le haut-parleur, le transformateur d'alimentation, le volume et les commandes de fréquence sont montés dans le boîtier avec des vis, des rivets ou des boutons-pression en plastique. La carte de circuit imprimé est ensuite montée dans le boîtier avec des vis ou des boutons-pression. Les composants externes sont connectés et soudés à la carte de circuit imprimé avec des fils isolés en cuivre et en plastique isolant.

Contrôle qualité

Étant donné que la plupart des composants ou une radio sont fabriqués par des fournisseurs spécialisés, le fabricant de la radio doit s'appuyer sur ces fournisseurs pour produire des pièces de qualité. Cependant, le fabricant de la radio prélèvera des échantillons aléatoires de chaque composant reçu et les inspectera/testera pour s'assurer qu'ils répondent aux spécifications requises.

Des échantillons aléatoires de l'assemblage radio final sont également inspectés pour garantir la qualité. L'ensemble de l'unité est inspecté à la recherche de défauts, à la fois physiques et électriques. La radio est jouée pour s'assurer qu'elle peut sélectionner les fréquences radio qu'elle est conçue pour recevoir et que la sortie audio est conforme aux spécifications.

Sous-produits/Déchets

La conscience environnementale d'aujourd'hui exige que tous les déchets soient éliminés correctement. La plupart des sous-produits de la construction d'une radio peuvent être récupérés. Les solutions de gravure utilisées dans la fabrication des cartes de circuits imprimés sont envoyées à des centres de récupération chimique. Les chutes de fils de composants électroniques sont envoyées dans des centres de récupération de déchets métalliques où elles sont fondues pour créer de nouveaux produits.

Le futur

Les radios sont combinées avec des ordinateurs pour connecter l'ordinateur à Internet via des satellites. Finalement, les radios passeront de la diffusion analogique à la diffusion numérique. Les signaux analogiques sont sujets à la décoloration et aux interférences, les signaux numériques ne le sont pas. Ils peuvent produire un son de haute qualité comme celui d'un CD.

Les radios numériques peuvent être programmées pour des stations spécifiques, des types de musique, des actualités, etc. Finalement, les radios auront des mini-ordinateurs intégrés pour traiter les sons sous forme de motifs numériques « chiffres » plutôt qu'une forme d'onde analogique. Cela permettra aux auditeurs de programmer leurs radios pour les stations de radio préférées, le type de musique, les cotations boursières, les informations sur le trafic et bien plus encore.

Où en savoir plus

Livres

Carter, Alden R. Radio de Marconi à l'ère spatiale. New York :Franklin Watts, 1987.

Floyd, Thomas L. Principes fondamentaux des circuits électriques. Columbus :Merrill Publishing Company, 1987.

La Ligue américaine de relais radio. Le manuel ARRL pour les radioamateurs. Newington, Connecticut :ARRL, 1996.

Autre

Page Web de la Société Radio-Canada. "L'avenir de la radio numérique. :décembre 2001. .

Page Web de l'UC Berkley. Décembre 2001. .

Ernst S. Sibberson