Bonsoir à toutes et à tous,
Épisode # 6 : La réalisationAprès une longue pause des confiseurs, je reprends le fil avec la description de ma réalisation de l'Analyseur Vectoriel Audio.
Tout d'abord qq précisions : ce que je présente n'est
pas LA réalisation universelle à tout faire mais tout simplement ce que j'ai réalisé pour satisfaire mon cahier des charges:
mesurer avec une précision suffisante l'impédance d'une enceinte acoustique ou d'un haut-parleur.Un certain nombre de choix ont été faits pour cela:
- un niveau du signal d'attaque de l'impédance en test plutôt conséquent (environ
2 à 3V rms soit environ 1W sur 8 Ω)
- une impédance de référence plutôt faible mais cohérente avec les dispositifs à mesurer, donc
8 Ω,
- une plage de mesure d'environ
20Hz à 100 KHz- une précision suffisante mais ne visant pas le 0.1%...et donc:
- pas de compensation d'offset, ni de correction de calibration lors des mesures
- des composants ou modules facilement trouvables
- destiné à une utilisation plutôt sporadique, alors... pas d'alimentation dédiée, pas de processeur, pas d'écran de visu, etc...
Pour un cahier des charges différent, je propose en fin d'épisode quelques pistes.
Un certain nombre de schémas et de photos ayant été déjà publiés dans les posts précédents, seuls seront joints à cet épisode les pièces complémentaires nécessaires.
Le schéma synoptique (cf PJ Audio VNA synoptique):
Il correspond au boîtier présenté au début du fil:
- l'alimentation +/- 15V , 0.5 à 1A est externe par douilles bananes en face AR
- l'entrée du signal de test (géné Audio sinusoïdal) est injecté en face AR sur BNC (photo face AR en PJ)
- le signal est d'abord atténué et son niveau est réglable par un potard sur la face avant
- le signal est ensuite amplifié par le module LM1875 avant d'attaquer le pont de mesure
-le pont de mesure est constitué de 3 résistances de 8 Ω, "1% ou mieux" de 8W chacune réalisées avec des résistances de 2 Ω, 1%, 2W triées et assemblées.
Un 4° jeu de 8 Ω est créé pour réaliser une résistance de "Terminaison de Référence 8 Ω" (mesurée en 4 fils sur Keysight 34461A : 8.026 Ω à 21°C) (cf photo en PJ)
-Les amplis op des buffers et de l'ampli différentiel sont des OPA2604 (des TL082 auraient très certainement fait l'affaire vu les niveaux)
- Les tensions Vinc. et Vrefl.sont disponibles pour les mesures sur la face AV sur des BNC.
- L'impédance à mesurer est connectée sur les 2 douilles bananes en face AV (par des fils les plus courts possible) et une BNC permet de visualiser la tension (bufferisée) présente sur l'impédance en test afin de s'assurer de la qualité du signal (par ex. niveau d'attaque correct, pas de saturation due à la présence d'un noyau magnétique, etc ...).
(Sur les photos du module de mesure, un emplacement DIL8 est vide: j'avais prévu un multiplicateur analogique AD633 comme "détecteur de phase" qui n'a pas été implémenté après tests , la mesure de différence de phase par scope ayant démontré qu'elle était suffisante).
Les Tensions d'offset, est ce un problème ou non ?:
Le choix a été fait d'un
couplage continu de l'entrée du signal jusqu'aux différentes sorties ...
OR:
- Un géné BF (gamme Audio et plus) possède, volontairement ou non, un offset de tension sur sa sortie (qq mV typiquement, voire plus si mal ajusté)
- Un ampli op possède aussi un offset de tension en entrée qui sera amplifié par le gain DC du montage
L'atténuation en entrée avant le réglage de niveau permet de limiter l'influence d'une éventuelle tension d'offset DC importante en entrée.
Il suffit de s'assurer que ces offsets restent faibles ( disons < 10 mV), et surtout, d'utiliser le
couplage AC sur les 2 voies du scope qui servira à mesurer les amplitudes et le déphasage.
Mesure des offsets sur la réalisation : quelle que soit la sortie BNC, ils restent inférieurs à +/- 6 mV DC
Le générateur de signal et le scope utilisés pour les mesures sont des 8 bits => avec 256 valeurs, un signal de 5V pp donne un pas minimum de ~20mV ... soit environ 1% de précision au max => il paraît illusoire d'aller chercher mieux que 1% sur les mesures dans ces conditions.
Niveaux:max Générateur : 3.5Vrms, Atténuateur d'entrée : 0.053, Gain LM1875 : 21 =>
Tension Vrms MAX sur l'impédance en test Z en test < 4 VrmsAutres cahiers des charges: - Pour les
fréquences > 100 KHz et pour des mesures de R, L ou C (RLC meter),
préférer un VNA RF tel que le nanoVNA....
mais pour mesurer des ESR de condos, des R-série de self d'alim à découpage à des fréquences de test de 50 Hz, 100 Hz, 50 KHz, etc = > Réaliser un VNA Audio dédié:
- La résistance de référence pourra être mieux adaptée aux impédances à mesurer: passer à 50 Ω par ex. Des résistances de précision 0.1 %, 0.6W à coût très raisonnable sont facilement disponibles, par ex.:
https://www.reichelt.com/ par ex., la référence MPR100 pour des 100 Ω => 50 Ω 1.2W en //. Attention alors à ne pas détériorer leur précision en les soudant trop fort ou trop longtemps (prévoir de pincer sur leurs connexions lors de la soudure).
- Pour le Driver du pont, utiliser un simple Ampli op
audio capable supporter des charges de 600 Ω tels NE5532, OPA2604, etc...)
- Utiliser des Amp Op à réglage d'offset tels TL081 (mono amp dans un boitier)
- Remplacer l'ampli différentiel par d'autres schémas d'ampli différentiel avec du gain ou par un véritable Ampli d'instrumentation (faire un simple recherche sur les sites des grands distributeurs tels que Digikey, Mouser, etc)
- (et sans doute d'autres pistes à explorer...)
Prochain épisode: les mesures.PS: Je joins à ce post une
nouvelle feuille "VNA Calculs V1.1.xls" (bug corrigé: utilisation erronée d'
atan au lieu de l'
atan2 appropriée aux angles de -180° à 180°
et ajout des calculs de réactance de L et C en fonction de la fréquence) .
Bonne soirée.
Yffig