Platine de test de circuit oscillant

Bonjour,

Cette fois ci un montage assez simple, avec en unique  composant actif un mosfet double grille BF998. Ce transistor moderne se trouve facilement pour un prix modique ( de l’ordre de 0.3€ TTC pièce). Il n’est pas très facile à manipuler en raison de sa petite taille, mais il: présente l’avantage d’être encore construit ce qui n’est pas le cas de modèles « historiques » comme les BF980 ou BF981 souvent « disponibles » en contrefaçons.

Ce montage est destiné à évaluer le facteur de qualité, ainsi que la fréquence d’oscillation de circuits résonnants. Cela peut  être des circuit LC classiques, mais aussi des quartz ou résonateurs céramiques.

Je l’ai construit afin d’évaluer un lot de condensateurs mica-argentés acheté aux enchères à un prix défiant toute concurrence.

Il existe des appareils de mesure plus performants réalisant la même fonction ( des Q Mètres ou pont RLC ou LC mètres), mais ils sont généralement à des prix assez élevés.

Ce montage n’est pas autonome, il nécessite un générateur de fréquences ( HF ) en entrée, (éventuellement un GBF si on ne mesure que des fréquences faibles) et un appareil de mesure pour visualiser la sortie ( oscilloscope, voltmètre HF,  ou analyseur de spectre).

Le schéma (cliquez pour agrandir):

Le principe est de perturber le moins possible le circuit oscillant, afin d’éviter de fausser la mesure en fréquence ainsi qu’en coefficient de qualité.
le couplage du circuit réalisé avec des condensateurs de 1.2pF est ainsi particulièrement lâche. La capacité de sortie est de l’ordre de 0.8pF ( 1.2pF en série avec la capacité d’entrée du BF998). A noter la résistance de polarisation de la source ( R4 ) de 10M. C’est quelque chose à éviter dans un montage radio car elle ajoute une quantité de bruit ( thermique) non négligeable au signal mesuré. De plus avoir une impédance d’entrée très élevée sur le mosfet augmente significativement la sensibilité aux parasites ambiants et ce d’autant plus que le circuit n’est pas dans un boitier métallique. En radio on utilise plutôt des valeurs de quelques dizaines à quelques centaines de kilo-Ohms. Ici nous somme sur un système de mesure qui prend plusieurs volts en entrée, aussi les quelques mV de bruit rajoutés par cette résistance sont acceptables comparativement à la force du signal d’entrée. Par contre cette résistance élevée se montre utile quand il s’agit de mesurer le facteur de qualité d’un circuit à l’impédance de résonance parallèle très élevée, comme c’est le cas avec un quartz. Si vous ne pensez mesurer que des circuits LC, vous pouvez remplacer cette résistance de 10M par une résistance de 1M, la perturbation de mesure restera acceptable.

Notez que la résistance d’entrée (R3) doit pouvoir dissiper la puissance envoyé par votre générateur. Le mien pouvant générer un signal de 20 V VPP, j’ai pris une résistance de 1W.

La sortie est adaptée en impédance sur ( à peu prés) 50 Ohms grâce au transformateur bobiné avec 7 tours de  tri-filaire sur une ferrite binoculaire BN43-2402. L’adaptation en tension est de 1 : 3 ce qui amène une adaptation en impédance de 1 : 9.

Le montage s’alimente en 9V ou 12V et consomme une dizaine de mA. Il est utilisable à partir de quelques dizaines de kilo-hertz jusqu’aux VHF.

Alternative : 

Les ferrites n’étant pas forcement faciles à trouver, voire à bobiner, Il est possible de réaliser une « version du pauvre » sans l’adaptation de sortie en 50Ohms, il faut alors:

  • remplacer R1 ( 470 Ohms) par une résistance de 51Ohms.
  • relier la sortie directement à C7.

Le circuit présentera alors 8dB de moins de signal de sortie, et aura tendance à saturer plus vite. Mais pour la majorité des mesures cela restera parfaitement utilisable.

la réalisation (cliquez pour agrandir):

Ici le montage est utilisé pour mesurer un circuit oscillant LC construit avec un tore en T68-6 mis en parallèle avec un condensateur mica argenté  de 330pF. Ce genre de circuit offre un facteur de qualité dépassant les 200.

En utilisant cette platine de mesure on se rend compte à quel point les condensateurs céramiques NPO-COG sont loin de rivaliser avec les mica argentés au niveau des facteurs  de qualité atteints par les circuit résonnants.

Utilisation:

Pour un circuit LC on va chercher à mesurer à la fois la fréquence de résonance et le facteur de qualité.

Pour la fréquence de résonance on va manipuler le générateur HF pour se déplacer en fréquence jusqu’au moment ou on arrivera à un maximum du signal de sortie. On va noter cette fréquence ( F0)  et puis diviser la tension mesurée par 1.41 ( valeur approchée de racine carrée de 2). Cela va nous donner la valeur de tension correspondant à l’atténuation de 3dB de l’intensité maximale.

De mon coté, pour éviter de sortir la calculatrice, je règle le niveau de mon générateur HF pour avoir  1.4V de niveau de sortie à la fréquence F0, donc la valeur correspondant a 3dB d’atténuation sera de 1V.

A noter que vous pouvez prendre la tension VPP, crête, efficace… cela n’a aucune importance tant que vous prenez toutes les tensions de la même façon.

On va ensuite descendre en fréquence jusqu’a ce que la tension arrive au niveau de la valeur calculée pour 3dB d’atténuation. On note la fréquence correspondante F1.

On repart ensuite dans l’autre sens, on passe par le maximum de tension et puis on continue à monter en fréquence jusqu’à ce que la tension  redescende sur la valeur correspondant à l’atténuation de 3dB.

On note cette fréquence F2.

La bande passante ( à -3dB) est alors donnée par DF = F2 – F1.

et le facteur de qualité du circuit oscillant est donné par Q = F0/DF, soit F0 / ( F2 – F1).

Pour un résonateur céramique ou un quartz, la procédure pour mesurer le  facteur de qualité et la fréquence de résonance ( parallèle) est identique à celle d’un circuit LC.

De plus, sur ces composants, nous pouvons aussi rechercher la fréquence de résonance série, généralement inférieure de quelques kilo-Hertz à la fréquence de résonance parallèle. Dans ce cas la ce que nous cherchons n’est pas un maximum de tension mais au contraire un minimum.

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Fichier de simulation LTSpice : QInductorTester

David, F4HTQ.

 

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