Un générateur 0.1 Hz - 30 MHz sinus, triangle, carré et fréquencemètre

En labo, un générateur BF est quasiment indispensable...

Il existe des générateurs DDS (Direct Digital Synthesis) mais qui ne permettent pas facilement de balayer la fréquence pour mesurer une bande passante par exemple.

Il existe aussi les "vieux" circuits analogiques comme les ICL8038 ou les XR2206.

Il y a un circuit plus récent, un peu plus cher mais beaucoup plus performant : le MAX038 de Maxim :

gene01.jpg

Nous avons décidé de "fabriquer" un générateur - fréquencemètre en partant d'une petite carte générateur du commerce et de la modifier pour créer notre générateur fréquencemètre :

Pour simplifier la construction, nous avons donc acheté (chez Tomtop) pour une vingtaine d'euros, un kit de générateur BF alimenté en 12 V :

gene02.jpg

Nous allons le modifier assez profondément :

- Les potentiomètres sont démontés pour les remonter en face avant du boîtier (ils seront moins serrés).

- Le potentiomètre de fréquence est remplacé par un potentiomètre 10 tours avec un bouton plus gros pour pouvoir régler précisément la fréquence.

- Le sélecteur de condensateur (gammes de fréquences) est remplacé par un commutateur rotatif 12 positions (avec 2 positions supplémentaires).

- Le bouton poussoir de sélection de la forme d'onde est dessoudé et déporté sur la face avant par un autre modèle à visser.

- Le sélecteur Duty (rapport cyclique) est remplacé par un interrupteur à levier 2 positions (On/Off).

- Ajout d'un interrupteur à levier 2 positions pour l'offset (On/Off).

- Les bornes du bornier des entrées et sortie Sync Out et Out1 sont reliées à 3 embases BNC.

- On rajoute (pour 3.5 ) une carte fréquencemètre à gamme automatique à base de PIC (qui permet aussi de tester les quartzs) :

gene03.jpg

- Un interrupteur à levier permet de commuter le fréquencemètre sur la sortie Sync ou sur une embase BNC extérieure.

Le tout est installé dans un coffret en plastique de 160 x 160 sur lequel on pose une face avant en aluminium, une feuille de papier imprimée et une face avant en acrylique transparent, le tout maintenu par 4 vis sur le coffret (dont nous n'utilisons pas la partie supérieure) :

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- La carte du module générateur est fixée sur une équerre en alu sur la face avant (l'équerre maintient aussi les 3 potentiomètres).
- L'embase Jack 12 V dépasse à travers un trou dans le côté gauche du coffret
- Les 4 embases BNC sont montées dans 4 trous sur la partie droite du coffret
- Le module fréquencemètre est fixé, par 4 vis M3 x 20 sur la face avant alu du coffret
- Une plaque en acrylique rouge permet d'améliorer le contraste de l'afficheur du fréquencemètre

Le coffret avec la face avant alu, la feuille imprimée, la face avant transparente et la fenêtre d'affichage rouge : (image de synthèse)

gene05.jpg
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Le vrai coffret en cours de construction : Le coffret, la plaque en alu (plastifiée noir d'un côté, une feuille de papier imprimée pour simuler les inscriptions de face avant et les quatre vis du coffret, on distingue les avant-trous des quatre embases BNC : (Nota : ce sont les films de protection sur chaque face qui sont sales et rayés sur la plaque transparente. Une fois tous les interrupteurs et potentiomètres posés, on ôtera les films de protection sur chaque face de la plaque et on aura une plaque toute propre)
(image réelle)
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Le coffret fermé avec les 4 avant-trous pour les embases BNC et une embase montée. Il est assemblé avec la plaque alu découpée pour l'afficheur, la plaque rouge transparente pour améliorer le contraste des afficheurs, la feuille de papier imprimée : la "sérigraphie" et la face avant transparente, toujours munie de ses deux films de protection (à ôter en tout dernier). Les interrupteurs, le commutateur rotatif et les potentiomètres avec des boutons provisoires...
(image réelle)
gene07.jpg

Le schéma d'implantation livré par les chinois avec le MAX038 :
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Et le schéma original (en l'espérant sans erreurs...) et qui n'est malheureusement pas livré par les chinois (le revêtement blanc sur chacune des faces de la carte rend les pistes du circuit double face difficile à repérer) :
gene09.jpg
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Et le schéma original du fréquencemètre (en l'espérant sans erreurs...) et qui n'est malheureusement pas livré par les chinois :
(Nous avons rajouté le petit module à intercaler entre OUT1 et l'entrée du fréquencemètre pour afficher la fréquence sans la sortie Sync qui perturbe la sortie sinus et triangle, voir plus loin)
gene03a.jpg

Le schéma du générateur modifié : en dehors des interrupteurs et du commutateur, nous avons remplacé certaines capacités de découplage par des valeurs plus élevées et de meilleure qualité : le bruit du signal en sortie a beaucoup diminué...
Il faut absolument, et c'est logique, que le commutateur avec les capacités et le potentiomètre de réglage de fréquence soient tout près, pas plus de 3 ou 4 cm de fil de la carte pour avoir un signal propre.
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En cours de construction : de gauche à droite :
- Une équerre en aluminium avec 4 vis têtes fraisées M3x20 fixées sur la face avant alu mais sous le papier et donc invisibles, permet de maintenir 3 des potentiomètres d'origine (qui n'ont pas de filetage) pressés contre la face avant et elle maintient aussi la carte MAX038.
- L'alimentation 12 V a été déportée
- Le commutateur est relativement relativement proche du MAX038.
- Les 3 potentiomètres ont été recâblés avec les interrupteurs correspondants : de gauche à droite
    - Le potentiomètre Duty et l'interrupteur bleu relié à une résistance de 10 k
ohm.jpg => 50 %
    - Le potentiomètre Offset avec un ajustable 500k
ohm.jpg 10 tours en //. L'interrupteur rouge commute le potentiomètre ou l'ajustable réglé à un offset de 0
    - Le potentiomètre Amp
    - Le bouton poussoir Triangle, Sine, Square, et le commutateur rotatif et ses condensateurs.
- On voit deux chimiques de découplage supplémentaires
- On distingue difficilement les résistances de 47
ohm.jpg entre le bornier de la carte et les sorties BNC.
- Il manque deux autres embases BNC.
- Il manque aussi le module fréquencemètre.
gene11.jpg
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Il reste encore un "glitch" correspondant au signal de synchro : diaphonie, problème de masse .... ? (Oscilloscope Tektronix TDS210 20 MHz 1 Gs/s)
gene12.jpg
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gene14.jpg
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Pour localiser le problème, nous avons débranché carrément la borne 16 du MAX038 (on l'ôte du support, on redresse un peu la broche 16 et on le remet) : DV+ qui alimente le comparateur qui fournit la sortie SYNC (le constructeur précise que l'on peut la déconnecter si on n'a pas besoin de synchro : le signal est propre.
Visiblement, le circuit imprimé chinois est mal conçu et difficile à modifier. Nous avons gardé une connexion sur la broche 16 du MAX038 sans la mettre dans son support.
Nous avons alors dû rajouter un filtre RLC sur l'alimentation et la masse digitale : une inductance de 470 uH, une résistance de 1.1
ohm.jpg et une capacité de 220 uF pour avoir enfin la synchro et un signal propre :
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Le module fréquencemètre a été ajouté (il manque 2 BNC et l'interrupteur du fréquencemètre). De gauche à droite :
- Le potentiomètre Fréquence provisoire (il sera remplacé par un 10 tours)
- Le commutateur rotatif avec tous les condensateurs  et les fils de liaison jaune et noir (masse)
- La carte fréquencemètre fixée par 4 vis M3x30
- La carte générateur avec des condensateurs 220uF de découplage supplémentaires
- Le potentiomètre Amplitude d'origine maintenu par l'équerre en alu
- Le bouton poussoir Triangle, Sine, Square
- Le potentiomètre Offset d'origine maintenu par l'équerre en alu
- L'interrupteur Offset et le multitours qui règle l'offset à 0 quand l'interrupteur est sur Off
- Le potentiomètre Duty d'origine maintenu par l'équerre en alu
- L'interrupteur Duty qui relie une résistance de 10 k
ohm.jpg (ajustée) quand il est sur Off

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Vue coté fréquencemètre. De gauche à droite :
- L'embase alimentation Jack 12 V
- Le câble noir et rouge qui alimente la carte fréquencemètre via 6 diodes 1N4004 (le fréquencemètre doit être alimenté en 9 V)
- Le câble jaune qui réunit la carte fréquencemètre à la sortie Sync du générateur (à terme ce câble passera par l'interrupteur Freq pour pouvoir mesurer des fréquences externes via l'embase BNC
- Le condensateur de 4.7 pF (capacité minimum pour la fréquence maxi de 30 MHz)
- Le bricolage pour filtrer la broche DV+ du MAX08 avec un condensateur, une résistance et une self
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Et l'ensemble presque complet en fonctionnement (le film de protection de la face transparente de la face avant n'a toujours pas été retiré, la "sérigraphie" de la face avant a été modifiée : elle est plus fine)
Modifier les inscriptions de face avant est long : il faut imprimer une nouvelle feuille, y faire la découpe de l'afficheur, les trous, démonter les 4 vis de face avant, les 4 potentiomètres, les 3 interrupteurs, le bouton poussoir et le commutateur, découper la feuille et tout remonter. Mais c'est facile.
Il manque encore l'interrupteur Freq, 2 BNC et le potentiomètre 10 tours Frequency, son bouton définitif et le capuchon du bouton Func.
A noter que les trois broches Quartz du fréquencemètre ont été prolongées jusqu'à la face avant : en branchant un quartz sur ces broches, on peut mesurer sa fréquence.
Le condensateur ajustable de la carte fréquencemètre n'a pas encore été ajusté.
Le fréquencemètre est très lumineux et (avec le filtre rouge) le contraste est très bon et la fréquence est très lisible.
Franchement, pour un peu plus de 3€, on en a pour son argent...
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Fonctionnement du bouton poussoir de la carte fréquencemètre :
- Quand on met le fréquencemètre sous tension, il affiche la fréquence. Le changement de gamme est automatique mais il n'affiche pas Hz kHz ou MHz. Le bouton décimal clignote pour indiquer l'acquisition
Chaque appui sur le bouton Func déclenche le cycle suivant :
    - NoPSG pas d'économiseur sinon avec PSAGE, en mode fréquence, l'afficheur s'éteint automatiquement au bout de 15 s
    - Add si on lance cette fonction, le fréquencemètre affiche la somme de la fréquence avec la fréquence choisie dans la table (455.00 par défaut)
    - Sub
si on lance cette fonction, le fréquencemètre affiche la différence de la fréquence avec la fréquence choisie dans la table (455.00 par défaut) (pas de + ou de -)
    - ZEro si on lance cette fonction, on annule Add et Sub : le fréquencemètre affiche la fréquence
    - tAbLE si on lance cette fonction, on fait défiler des fréquences préenregistrées que l'on pourra additioner ou soustraire :
        -  455.00
        - 3.9990
        - 4.1943
        - 4.4336
        - 10.700
A priori, on ne peut pas modifier ces fréquences...
    - Quit
si on lance cette fonction, on sort du réglage et on affiche la fréquence
Un appui long lance la fonction : Ex une fois que l'afficheur affiche Quit, un appui long fait clignoter Quit et quitte pour revenir à l'affichage de fréquence.
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Finalement, nous n'avons pas réussi à obtenir une sortie sinus et triangle vraiment propres sans débrancher la borne 16 du MAX038 et donc perdre la sortie Sync. Ce qui 'nest pas grave : on peut utiliser la sortie OUT1 pour la synchro et, en réglant le seuil on peut même retarder ou avancer le signal.
Par contre, on perd aussi la sortie pour le fréquencemètre qui ne fonctionne pas correctement avec la sortie OUT1.
Nous avons donc intercalé entre la sortie OUT1 (la sortie directe du MAX038) un circuit de mise en forme installé juste à l'entrée du module fréquencemètre.
D'abord une résistance de 1k (par sécurité quand on mesure une source extérieure) puis un condensateur de 220 µF (une valeur élevée pour que le fréquencemètre fonctionne jusqu'à quelques Hertz) Ensuite 2 résistances de 10k, une reliée au +5 V et l'autre à la masse (pour "polariser" l'entrée logique) puis les 2 entrées d'une des 4 bascules d'un HC7402 (4 NOR) que l'on avait sous la main.
La sortie correspondante est reliée aux 2 entrées d'une autre bascule. La sortie de cette bascule est reliée à l'entrée du fréquencemètre et, via une résistance de 10 k, aux entrées de la 1ère bascule.
Le circuit ainsi obtenu constitue un trigger de Schmidt qui fonctionne bien de 0.1 Hz à 10 MHz.

On a donc enfin un sinus, un triangle et un carré propres et une fréquence affichée correcte.
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Il nous reste à mesurer la distorsion avec notre Analyseur audio gratuit qui descend jusqu'à 0.007% ce qui est de très loin (hélas) suffisant pour mesurer la distorsion du MAX038.
Rappelons que ceux qui cherche un générateur BF à très basse distorsion ont intérêt à utiliser notre
Analyseur audio gratuit (de 1 Hz à 45 kHz) :
gene21.jpg
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La distorsion
est mesurée à un petit peu plus que 2% à 1 kHz ce qui est conforme aux données constructeur :
Le constructeur, Maxim, annonce, en sinus, une distorsion typique de 2 % à 100 kHz. (Cf = 1000 pF, Rl = 100
ohm.jpg).
Attention de bien mettre l'interrupteur "Duty" sur OFF avant de faire la mesure.
La sinusoïde est obtenue en "conformant" le signal triangulaire d'origine. C'est un peu mieux qu'avec le XR2206, mais, avec cette technique, on n'ira jamais très bas...

Le générateur entièrement terminé :
gene22.jpg
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That's All, folks !

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http://spt06.perso.libertysurf.fr

Compteur Global gratuit sans inscription


22/05/2020