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Sonde active DIY

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papyblue:
Bonsoir,
Une étude intéressante sur le sujet :
https://cdn.instructables.com/ORIG/FQZ/1QZP/IPJTFO82/FQZ1QZPIPJTFO82.pdf

PB

Yffig:
Bonsoir PB,
Petite étude que je trouve bien documentée.
Je ne sais pas pourquoi il trouve un "notch" juste au dessus de 2 Ghz ... ? Ça limiterait l'intérêt de la sonde dans la bande ISM (Bluetooth et Wifi) mais le Boss pourra sans doute tester tout ça.
La polar du BF998 en source commune à  Vg1 # +2v me semble curieuse (c'est aussi celle du schéma original et ça donne en sim. Vg1s= +0.7v), mais apparemment le THD baisse (cf. p25).
J'utilise le BF998 en pratique comme buffer à  Vg1s = 0v, Vdd = +5v, Vg2s=+ 4v et je mets la résistance de 50 dans le drain... Je vais refaire une sim. pour voir.
Bonne fin de soirée.
Yffig

loulou31:
Bonjour Yffig et meilleurs voeux,

Je veins de regarder et l'atténuationde 20 dB de cette sonde vient du fait que l'entrée avec la capa de 0.5pF fait un diviseur de tension avec les 5pF de la cap d'entrée du FET. En effet le FET en source commune est un étage suiveur avec un gain en tension de 1 (0dB). Après avec une 450 Ohms en série il faut voir si on a besoin de compenser ou non la capacité du cable : à  mon avis non car les 50 ohms sont ramenés à  l'extrémité du cable ( definition de  de l'impédance caractéristique). Après il faut une 450 Omhs bien resistive en CMS de petite dimensions.

Quoiqu'il arrive avec un sonde ( active ou non) sur un circuit HF il y a beaucoup de chances de perturber le fonctionnement :
- de faire une erreur importante  sur le niveau mesuré
- pour un oscillateur de décaler  la fréquence
- pour un mélangeur de modifier le niveau des produits fréquentiels

Le mieux est en effet d'avoir un sonde de proximité pour mesurer une fréquence ou voir le forme du signal ( modulation). Pour mesurer un niveau ou une fréquence sur un oscillateur il est illusoire de vouloir le faire avec une bonne precision ( en HF une bonne precision c'est 1 ou 2dB!) en se mettant en paralléle sur le circuit. En general quand on utilise un analyseur de spectre on a une très bonne sensibilité et une sonde de proximité sur un circuit est très souvent suffisante pour faire une investigation.

Jean-Louis

Yffig:
Bonjour jean Louis,
Je crains que tu n'aies publié un peu rapidement ton dernier post... A vouloir aller trop vite ou trop simplifier, on se prend facilement les pieds dans le tapis.

Tout d'abord, concernant l'atténuation de 20/21 dB:
Il n'y a pas de capa de 5pF... (Tu as sans doute eu un biais cognitif à  cause des 0.5pF qui avec 5 pF donnerait un diviseur capacitif de 0.091 soit 20 à  21 dB mais ce n'est pas ça !
La valeur typique de Cg1s donnée par Philips est de 2.1 pF (cf Datasheet et article d'Elektor). Le diviseur capacitif est alors de 0.5/2.6= 0.19 soit environ -14 dB.
Il manque donc 6 à  7 dB... D'ou viennent ils ?
De 2 causes du montage drain commun (pas source commune comme tu l'indiques, cf https://fr.wikipedia.org/wiki/Drain_commun):
- l'impédance de sortie est d'environ 28 Ω (en module et selon Spice) (et 22 Ω selon la formule donnée par wiki pour une pente de 24mA/V), la charge est de 50 Ω ... il y a donc qq 3 à  4 dB d’atténuation ici
- le gain du drain commun est proche de 1/2 (gmRs# 1, mais Elektor force un peu la polarisation et le gm doit remonter et le gain devrait dépasser 0.5)... il y a encore sans doute qq dB d'atténuation ici.
Voilà  les 3 sources d'atténuation, elles fournissent un résultat cohérent avec les affirmations de l'article d'Elektor de -20 dB nominal .
Ces valeurs sont obtenues à  partir d'une source 50 Ω, bien évidemment, elles dépendent de l'impédance au point de prélèvement donc ce n'est pas une valeur absolue et définitive.

J'ai pas mal utilisé le BF998 en buffer avec impédance de sortie 50 Ω mais en source commune à  Vg1s = 0v ce qui permet de réaliser une impédance d'entrée la plus "propre possible (pas de résistance de source) et avec une résistance de polarisation pour G1 de 100K ( voire moins). Je donne ici les résultats de ce montage comparé à  celui d'Elektor (cf PJ): l'impédance de sortie est bien mieux contrôlée et très proche des 50 Ω attendus, le gain (à  vide) de la source commune est gm*Rd= 24mA/V*50 soit quasi 1 et la charge de 50Ω en sortie donne une atténuation de 6 dB => on retrouve les 20/21 dB du montage d'Elektor et, bien sûr, la même Zin (en module).
Pour compléter l'analyse j'ai extrait de la simulation SPice les données S11 et S22 (en mode txt et uniquement pour mon buffer source commune) , formaté les données pour créer deux fichiers Touchstone .s1p et affiché les coefficients de réflexion dans RFSim99:
A 1 GHz, limite théorique d'utilisation de la sonde active:
- l'entrée est simulée à  6.8K // 0.42 pF (la capacité devrait être en pratique supérieure, Elektor donne 0.7 pF, en raison du PCB et des stray capacitances). La sonde active démontre ici son énorme avantage par rapport à  une sonde passive.
- la sortie, destinée à  recevoir un coax 50 Ω, est à  47.8 // 0.68 pF ce qui est excellent.

Bien sûr ces résultats ne sont que des simulation Spice et seules les mesures avec le matos et les précautions adéquates fourniront les vrais résultats.

Concernant tes affirmations qu'une sonde atténuée ne doit pas être compensée et qu'il suffit d'une simple SMD de 450 Ω, je te laisse volontiers la responsabilité de ces affirmations (la charge de la preuve est toujours à  celui qui affirme...).
Je joins en PJ la datasheet de la très bonne série (FC) de résistances RF SMD de chez Vishay: DC....40 GHz
Seules les faibles valeurs permettent d'obtenir des bandes passantes allant jusqu'à  3 GHz, donc ce ne peut même pas être une unique 450 Ω.

Bonne journée et à  bientôt pour de nouveaux challenges !

Yffig

loulou31:
Bonjour,

Merci Yffig pour ton analyse complete et détaillée. Oui en effet j'avais fait quelques "grosses  simplifications" dans mon analyse et je te remercie pour ces simulations complémentaires. Pour le schema ou c'est un drain commun et non source commune.

Pour la sonde passive, il faudrait que je simule ça pour voir  s'il y a besoin de compenser la capacité du coax ( en // de la 450 Ohms) ou si du fait de l'impédance caractéristique du cable les 50 ohms de la charge (analyseur) est ramenée directement à  l'extrémité du coax....Je suis d'accord qu'il n'est pas facile de trouver des resistances purement résistives à  quelques GHz, sans compter l'environnement qu'il faut mettre autour pour que ça fonctionne bien : blindages...

Ceci dit j'ai beaucoup fait de conception et realisation RF quand j'étais plus jeune et j'ai très peu utilisé de sonde active, qui pourtant étaient performantes (HP 54701). On les utilisait surtout  pour mesurer les niveaux de rejection HF sur les alimentations,  dans les PLL.

Bonne soirée
Jean-Louis

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