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réalisations en électronique, optique, astronomie...
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 :
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 :
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 quartz) :
- 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) :
- 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)
.
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)
.
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
(A ôter en tout dernier). Les interrupteurs, le commutateur
rotatif et les potentiomètres avec des boutons provisoires...
(image réelle)
Le schéma d'implantation livré par les chinois avec le MAX038 :
.
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) :
.
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)
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.
.
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
=> 50 %
- Le potentiomètre Offset
avec un ajustable 500k 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
entre le bornier de la carte et les sorties BNC.
- Il manque deux autres embases BNC.
- Il manque aussi le module fréquencemètre.
.
Il reste encore un "glitch" correspondant au signal de synchro :
diaphonie, problème de masse .... ? (Oscilloscope Tektronix TDS210 20
MHz 1 Gs/s)
.
.
.
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
et une capacité de 220 uF pour avoir enfin la synchro et un signal
propre :
.
.
.
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 (Ajustée) quand il est sur Off
.
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
.
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...
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 additionner 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.
.
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 'n’est 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.
.
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) :
.
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 ).
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 :
.
That's All, folks !
http://spt06.perso.libertysurf.fr
22/05/2020
A jour au 01/07/2022