Un générateur BF-VHF piloté par ordinateur "Première partie : l’interface"

Le générateur présenté ici est en mesure de fournir en sortie un signal sinusoïdal d’une fréquence variant de 0,025 Hz à 80 MHz. De plus, nous pouvons prélever de ce générateur BF-VHF des signaux à fréquence balayée, à deux tons, etc., fort utiles pour contrôler ou mettre au point n’importe quel circuit BF, HF ou VHF. Dans cette première partie, nous allons réaliser l’interface avec le PC.


Dans cette première partie, nous analyserons le schéma électrique du montage puis nous passerons à la réalisation pratique de l’appareil, après quoi, nous commencerons à examiner le logiciel et nous l’installerons. C’est au lancement et à l’utilisation complète de ce dernier (y compris la si précieuse fonction “sweep”, ou balayage de fréquence) que nous consacrerons la seconde partie.

Notre réalisation
Quand Analog Device nous a envoyé son tout nouveau et microscopique circuit intégré CMS censé produire une onde sinusoïdale couvrant les fréquences de 0,03 Hz à 30 MHz et contrôlable par le port parallèle de tout ordinateur, nous nous sommes mis au travail tout de suite. Mais le virus de l’expérimentation nous a pris une fois de plus et nous avons alors voulu pousser ce sacré composant dans ses derniers retranchements. Nous ne sommes pas peu fiers d’avoir mis en oeuvre de telles astuces (ou idées de génie, comme vous voudrez !) que le circuit couvre finalement la gamme de 0,025 à 80 MHz !
Comme le montre la figure 1, nous avons aussi voulu soigner l’esthétique du panneau de contrôle ou face avant graphique : elle s’utilise entièrement avec la souris, bien entendu.
Mais notre appareil a tout de même quelque défaut que nous ne saurions vous cacher plus longtemps. Comme le montre la figure 1, encore une fois, l’afficheur “PARAMETER” visualise un nombre indiquant l’amplitude du signal de sortie exprimé en :

dBm = dBmilliwatt
dBμV = dBmicrovolt
mV = millivolt efficace.

Les valeurs visualisées ici sont parfaitement constantes jusqu’à 40 MHz, soit le centre de la gamme. Au-delà et jusqu’à 80 MHz, l’amplitude réelle diminue alors que l’indication visualisée par l’afficheur reste la même !
En effet, bien que l’on paramètre le “LEVEL” (niveau) sur 100 mVeff, la valeur effective du signal de sortie aux diverses fréquences est la suivante :
à 30 MHz la valeur effective est de 100 mVeff
à 40 MHz la valeur effective est de 100 mVeff
à 50 MHz la valeur effective est de 96 mVeff
à 60 MHz la valeur effective est de 82 mVeff
à 70 MHz la valeur effective est de 75 mVeff
à 80 MHz la valeur effective est de 60 mVeff

Si nous appliquons ce signal à l’entrée d’un oscilloscope lequel, vous le savez, indique l’amplitude d’un signal en Vpp et non en Veff, nous devons multiplier les mV reportés cidessous par 2,82. Les valeurs lues à l’écran de l’oscilloscope sont celles-ci :
à 30 MHz le niveau est 282 millivolt crête-crête (mVpp)
à 40 MHz le niveau est 282 millivolt crête-crête (mVpp)
à 50 MHz le niveau est 270 millivolt crête-crête (mVpp)
à 60 MHz le niveau est 231 millivolt crête-crête (mVpp)
à 70 MHz le niveau est 211 millivolt crête-crête (mVpp)
à 80 MHz le niveau est 169 millivolt crête-crête (mVpp)

Ces valeurs sont justes si l’oscilloscope a une bande passante de 100 MHz et une impédance d’entrée de 50 ou 52 ohms. Si le même signal est appliqué à l’entrée d’un oscilloscope de 1 mégohm d’impédance, l’amplitude du signal est doublée par rapport aux mVpp, ce que reporte le tableau ci-dessous :
à 30 MHz le niveau est 564 millivolt crête-crête (mVpp)
à 40 MHz le niveau est 564 millivolt crête-crête (mVpp)
à 50 MHz le niveau est 540 millivolt crête-crête (mVpp)
à 60 MHz le niveau est 462 millivolt crête-crête (mVpp)
à 70 MHz le niveau est 422 millivolt crête-crête (mVpp)
à 80 MHz le niveau est 340 millivolt crête-crête (mVpp)

Etant donné que ce générateur peut être utilisé pour les circuits BF comme pour les circuits HF ou VHF, peu importe de connaître l’amplitude du signal appliqué à l’entrée d’un amplificateur ou d’un récepteur, car pour le mettre au point, on ne contrôle que la valeur de la tension de sortie au moyen d’un oscilloscope ou d’un multimètre.
Vous l’aurez deviné, ce générateur vous sera très utile pour contrôler n’importe quel préamplificateur ou étage final de puissance BF. En outre, vous pourrez l’utiliser pour contrôler les amplificateurs subsoniques ou ultrasoniques pour alarme antivol, ou bien pour régler les circuits d’accord HF des récepteurs ondes moyennes ou ondes courtes et encore pour régler les moyennes fréquences 455 kHz ou 10,7 MHz.

Remarque importante
Nous l’avons déjà dit, pour faire fonctionner ce générateur il faut le relier au port parallèle d’un ordinateur. Quand la fréquence et l’amplitude du signal à produire sont paramétrées, les données restent mémorisées dans le microcontrôleur et donc, même si vous retirez le connecteur du port parallèle, le générateur continue à fonctionner de manière autonome et à fournir en sortie un signal de la fréquence et de l’amplitude initiales, alors que l’ordinateur peut être utilisé pour autre chose.
Quand vous voulez faire varier la fréquence ou le niveau du signal, ou bien quand vous voulez utiliser les fonctions “Variation d’amplitude” ou “Balayage de fréquence” (“sweep”), vous devez nécessairement replacer le connecteur parallèle entre le générateur et l’ordinateur afin de paramétrer et de mémoriser les nouvelles données et les nouvelles fonctions.

Figure 1 : La face avant virtuelle du générateur BF-VHF. Après avoir installé le logiciel et lancé le programme, apparaît à l’écran de l’ordinateur la représentation graphique du panneau de contrôle.
Les poussoirs présents en face avant permettent de paramétrer la valeur en MHz, kHz et Hz de la fréquence désirée et la valeur de son amplitude en dBm, en dBμV ou en mV.


Le schéma électrique de ce générateur BF-VHF
On le trouve figure 2. Les composants sont presque tous des CMS (figure 6). Le câblage est donc réservé aux lecteurs disposant du matériel nécessaire au montage de ce type de composants. Néanmoins, comme beaucoup seront intéressés par cet appareil sans toutefois être en mesure de le construire entièrement eux-mêmes, la platine principale sera également disponible toute montée auprès de certains de nos annonceurs. Nous avons tenu à vous donner le schéma électrique complet et les explications l’accompagnant, fidèles, en ceci, à notre vocation pédagogique.
Commençons par la description de l’étage oscillateur, constitué par les deux transistors TR1 et TR2, nous permettant d’obtenir une fréquence d’horloge de 200 MHz en partant d’un quartz “overtone” en cinquième harmonique de 100 MHz (XTAL). Vous le savez, un tel quartz dispose d’un cristal taillé sur la fréquence de 100 : 5 = 20 MHz et donc si on ne choisit pas un circuit oscillateur spécial, le quartz oscille sur toutes les fréquences harmoniques possibles 20, 40, 60, 120, 140, etc. et non sur la fréquence désirée de 100 MHz.
Ce circuit, nous l’avons choisi (TR1) en mesure de faire osciller le quartz sur la cinquième harmonique exactement et, comme nous savons que même les quartz ont une tolérance (une imprécision due à leur fabrication industrielle en grand nombre), nous avons utilisé une diode varicap DV1 et un trimmer R3 pour ajuster le quartz à la fréquence exacte de 100 MHz.
Sur le collecteur de TR1 se trouve donc un signal de 100 MHz, mais associé à un autre signal correspondant à sa première harmonique 200 MHz : or c’est justement d’un signal de cette dernière fréquence que nous avons besoin pour envoyer, sur la broche 9 du circuit intégré IC1 AD9850BRS, le signal à 100 MHz présent sur TR1 est par conséquent filtré par un filtre complexe, constitué de selfs et de capacités, atténuant toutes les fréquences indésirables de telle façon qu’arrive sur la base de TR2 seulement le signal de fréquence 200 MHz bien propre. En appliquant sur la broche 9 de IC1 cette fréquence, des broches 20 et 21 sort un signal sinusoïdal ensuite appliqué sur le primaire du transformateur T1 et prélevé sur son secondaire pour atteindre la broche 9 de IC2 AT220, monté en atténuateur de signal de sortie (il l’atténue de 30 dB par pas de 2 dB). A la sortie de l’étage d’atténuation on a monté un minuscule amplificateur monolithique à large bande IC4, afin d’éviter tout problème de distorsion du signal à appliquer sur la douille OUT-HF, celle où nous prélèverons les signaux HF de 1 à 80 MHz.
Sur la seconde OUT-BF, en revanche, nous prélèverons les signaux BF de 0,025 Hz à environ 1 MHz.
Le logiciel gérant les circuits intégrés IC1 et IC2 et s’occupant, en outre, de dialoguer avec l’ordinateur par son port parallèle, se trouve à l’intérieur du microcontrôleur IC3 EC1530 déjà programmé en usine. Nous l’avons déjà dit, une fois les données paramétrées avec le PC, elles restent mémorisées par ce microcontrôleur IC3, ce qui permet au générateur de fonctionner de manière autonome, c’est-à-dire détaché de l’ordinateur dédié, lequel pourra donc alors servir à autre chose.
La douille Inp Mod. AM n’est utilisée que pour moduler le signal HF fourni par le générateur avec un signal BF externe.
A l’intérieur du boîtier du générateur se trouve aussi, bien sûr, un étage d’alimentation constitué de deux circuits intégrés régulateurs fournissant le 10 V et le 5 V continus et stabilisés nécessaires : sur le schéma électrique de la figure 2, cet étage est encadré de pointillés et il constitue une deuxième platine, utilisant des composants classiques et à monter soi-même (figure 4). Le 10 V (IC8) alimente IC4, l’amplificateur large bande SGA6586 et le 5 V (IC7) les autres circuits intégrés et le transistor.

Figure 2 : Schéma électrique du générateur BF-VHF avec, en pointillés, l’étage d’alimentation.

Liste des composants
R1 = 2,2 kΩ
R2 = 1,8 kΩ
R3 = 10 kΩ trimmer
R4 = 10 kΩ
R5 = 2,2 kΩ
R6 = 68 Ω
R7 = 330 Ω
R8 = 10 kΩ
R9 = 4,7 kΩ
R10 = 4,7 kΩ
R11 = 4,7 kΩ
R12 = 100 Ω
R13 = 1 kΩ
R14 = 100 Ω
R15 = 1 kΩ
R16 = 100 Ω
R17 = 1 kΩ
R18 = 100 Ω
R19 = 1 kΩ
R20 = 100 Ω
R21 = 1 kΩ
R22 = 270 Ω
R23 = 56 Ω
R24 = 56 Ω
R25 = 470 Ω
R26 = 470 Ω
R27 = 270 Ω
R28 = 56 Ω
R29 = 10 kΩ
R30 = 10 kΩ
R31 = 56 Ω
R32 = 47 Ω
R33 = 470 Ω
R34 = 1,2 kΩ
R35 = 150 Ω
R36 = 47 Ω
R37 = 470 Ω
R38 = 56 Ω
R39 = 220 Ω
R40 = 220 Ω
R41 = 220 Ω
R42 = 1 kΩ
R43 = 270 Ω
R44 = 1 kΩ
R45 = 470 Ω
R46 = 1 kΩ
R47 = 2,2 kΩ
R48 = 3,9 kΩ
R49 = 1,5 kΩ
R50 = 1 kΩ trimmer
R51 = 1 kΩ trimmer
R52 = 3,3 kΩ
R53 = 1,5 kΩ
R54 = 1 kΩ trimmer
C1 = 10 μF électrolytique
C2 = 1 nF céramique
C3 = 100 nF céramique
C4 = 4,7 pF céramique
C5 = 18 pF céramique
C6 = 15 pF céramique
C7 = 100 nF céramique
C8 = 3,3 pF céramique
C9 = 0,68 pF céramique
C10 = 3,9 pF céramique
C11 = 0,68 pF céramique
C12 = 3,3 pF céramique
C13 = 15 pF céramique
C14 = 100 nF céramique
C15 = 22 pF céramique
C16 = 12 pF céramique
C17 = 100 nF céramique
C18 = 220 μF électrolytique
C19 = 1 μF céramique
C20 = 4,7 μF électrolytique
C21 = 4,7 μF électrolytique
C22 = 1 μF céramique
C23 = 220 μF électrolytique
C24 = 1 μF céramique
C25 = 220 μF électrolytique
C26 = 100 nF céramique
C27 = 100 nF céramique
C28 = 100 nF céramique
C29 = 100 nF céramique
C30 = 220 μF électrolytique
C38 = 220 μF électrolytique
C39 = 100 nF céramique
C40 = 220 μF électrolytique
C41 = 1 μF céramique
C42 = 220 μF électrolytique
C43 = 1 μF céramique
C44 = 220 μF électrolytique
C45 = 1 μF céramique
C46 = 220 μF électrolytique
C47 = 1 μF céramique
C48 = 100 nF céramique
C49 = 10 μF électrolytique
C50 = 220 μF électrolytique
C51 = 100 nF céramique
C52 = 47 pF céramique
C53 = 47 pF céramique
C54 = 47 pF céramique
C55 = 470 pF céramique
C56 = 1 μF céramique
JAF1 = 0,15 μH
JAF2 = 22 nH
JAF3 = 0,10 μH
JAF4 = 0,10 μH
JAF5 = 0,10 μH
JAF6 = 22 nH
JAF7 = 0,15 μH
L1 = 0,15 μH
L2 = 0,27 μH
L3 = 0,27 μH
L4 = 0,15 μH
L5 = 4,7 μH
L6 = 4,7 μH
T1 = Transfo balun
DS1-DS8 = Diodes Pin
DS9-DS14 = Diodes 1N4148
DV1 = Varicap BB620
DL1 = LED
TR1 = NPN BFR93
TR2 = NPN BFR93
IC1 = Intégré AD9850
IC2 = Intégré AT220
IC3 = μCont. EC1530
IC4 = Amplificateur HBT SGA6586
IC5 = Intégré 74HC04
IC6 = Intégré 74HC04
XTAL = Quartz 100 MHz
CONN.1 = Connecteur 25 pin


Figure 3 : Les brochages EMS (entrée, masse, sortie) des deux régulateurs 7810 et 7805 sont identiques. La LED est montée en face avant (figure 7).

Figure 4a : Schéma d’implantation des composants de l’étage d’alimentation du générateur BF-VHF. Les valeurs des composants sont indiquées à la fin de la liste des composants (figure 2).

Figure 4b : Dessin, à l’échelle 1, du circuit imprimé de la platine d’alimentation du générateur BF-VHF.


Liste des composants
C31 = 470 μF électrolytique
C32 = 100 nF polyester
C33 = 100 nF polyester
C34 = 470 μF électrolytique
C35 = 100 nF polyester
C36 = 100 nF polyester
C37 = 1.000 μF électrolytique
RS1 = Pont redres. 100 V 1 A
IC7 = Régulateur L7805
IC8 = Régulateur L7810
T2 = Transfo. 6 W Prim. 230 V - Sec. 14 V 0,5 A
S1 = Interrupteur

Figure 5 : Photo d’un des prototypes de la platine d’alimentation du générateur BF-VHF. N’intervertissez pas les deux circuits intégrés régulateurs IC7 (7805) et IC8 (7810), au risque de ne pas recueillir sur le bornier à 3 pôles les deux tensions de 10 et 5 V.

La réalisation pratique du générateur BF-VHF
Puisque la platine principale est disponible montée et réglée, consacrons-nous à la platine d’alimentation en nous aidant des figures 3, 4a, 4b, 5 et 6. Quand vous avez réalisé le circuit imprimé dont la figure 4b donne le dessin à l’échelle 1 ou que vous vous l’êtes procuré, montez tout de suite le transformateur.
Montez ensuite les 2 circuits intégrés régulateurs sans les confondre : montez chacun d’eux à sa place, couché dans son dissipateur ML26, fixé par un boulon 3MA, après avoir replié en L les 3 pattes. Montez les 3 condensateurs électrolytiques en respectant bien leur polarité +/– (la patte la plus longue est le + et le – est inscrit sur le côté du boîtier cylindrique) et les 4 polyesters.
Montez, en bas au milieu, le pont redresseur RS1 (en respectant bien sa polarité) et il ne vous reste qu’à implanter et souder les 3 borniers : en haut, au dessus du transformateur, les 2 borniers à deux pôles servent à l’entrée du cordon secteur 230 V et à connecter en face avant l’interrupteur M/A, à droite le bornier à trois pôles achemine les deux tensions positives et la masse vers la platine principale.
C’est terminé.

Le montage dans le boîtier
La platine principale, constituée de CMS, étant déjà montée et réglée, il ne nous reste qu’à la fixer au fond de la demie coque inférieure au moyen de 8 vis auto-taraudeuses (figure 6). La platine alimentation est à fixer au fond de la demie coque supérieure, comme le montre la figure 6, au moyen de 3 vis auto-taraudeuses.
Reliez les deux platines par une nappe à 3 fils apportant à la platine principale les deux tensions et la masse.
Vissez les fils du cordon secteur 230 V après l’avoir enfilé dans le trou du panneau arrière préalablement muni de son passe-câble et avoir réalisé un noeud anti-arrachement. Fixez en face avant l’interrupteur M/A et reliez-le par deux fils au bornier correspondant.
Sur la platine principale vous n’avez qu’à souder les deux fils conduisant à la LED, fixée dans son support chromé, en face avant (attention à la polarité : l’anode + est la patte la plus longue et correspond au fil rouge).
Vous pouvez solidariser les deux demies coques du boîtier plastique.

Figure 6 : Installation dans le boîtier plastique des deux platines du générateur BF-VHF. L’alimentation est fixée au fond du couvercle par 3 vis et la platine principale au fond du boîtier par 8 vis auto-taraudeuses.

La liaison de l’interface à l’ordinateur
A l’arrière du générateur se trouve un connecteur mâle à 25 pôles sur lequel on insère le connecteur femelle du câble de liaison : l’autre extrémité de ce dernier est connectée au port parallèle de l’ordinateur. En effet, ce générateur dialogue avec le PC par une ligne parallèle (utilisée par les anciennes imprimantes). Si c’est le cas, éteignez l’imprimante, débranchez son cordon de l’ordinateur et connectez à la place le cordon parallèle du générateur (celui-ci étant éteint, bien sûr). Si vous voulez utiliser tantôt le générateur et tantôt votre imprimante, sans avoir à exécuter de fastidieux débranchements/branchements, vous pouvez vous procurer chez votre revendeur de matériel informatique une autre platine parallèle et l’installer (ou la lui faire installer) sur l’un des bus situés à l’arrière de votre PC. Vous pouvez aussi vous procurer le Data switch pour port parallèle : ce commutateur pour port parallèle permet de relier la sortie parallèle de votre ordinateur à deux appareils différents, pouvant ici être votre imprimante et le générateur (figures 8 et 9) : le passage de l’une à l’autre se fait alors par un simple inverseur.
Bref quand, d’une manière ou d’une autre, vous avez relié le générateur au PC vous pouvez installer le programme sur le disque dur.

Figure 7 : Détail du schéma d’implantation des composants de la platine principale, montrant les BNC d’entrée/sorties fixées sur le circuit imprimé (elles sortent en face avant). La LED doit être soudée sur le circuit imprimé (bien respecter la polarité) et être insérée dans son support en face avant.

Figure 8 : Si vous voulez relier à la sortie parallèle de l’ordinateur le générateur BF-VHF et une imprimante, nous vous conseillons de monter l’interface permettant de dédoubler un port parallèle avec commutation par un simple inverseur en face avant.

Figure 9 : Le boîtier de l’interface Data switch. Le connecteur mâle à 25 broches est à relier au port parallèle de l’ordinateur. Les deux connecteurs femelles du panneau arrière sont à connecter aux deux appareils qu’on veut desservir, ici le générateur et l’imprimante.

La compatibilité du programme GF1052PC
Le programme Gf1052pc, permettant de programmer l’interface, est compatible avec les systèmes opérationnels suivants : Windows 95, W98, W98SE, WMe, WXP, W2000.
L’ordinateur utilisé doit disposer de l’une des CPU suivantes : Pentium, Pentium 2 3 4, Celeron, Athlon, Duron.
Le disque dur doit avoir une capacité de 100 Mo au moins et la RAM dynamique doit être de 64 Mo au moins.
Le lecteur de CD-ROM doit avoir une vitesse de lecture supérieure à 10x (2x ou 4x risque de ne pas vous permettre la lecture du CD-ROM) : cette donnée est inscrite sur la face avant de votre lecteur de CD-ROM.
Votre PC doit en outre disposer d’un port parallèle, bien sûr et d’une carte graphique avec une résolution de 800 x 600 pixels au moins. Tous les paramétrages et toute la gestion des fonctions se faisant par la souris, il faut évidemment que votre ordinateur en possède une. Vous verrez, le programme s’adapte à l’immense majorité des configurations des ordinateurs du commerce et, si vous avez la patience de nous suivre (au cours de cette première partie et au cours de la seconde), il est très facile à utiliser.

Figure 10 : Le programme Gf1052pc utilise le système américain de numérotation.
Donc, le point comme séparateur des décimales (là où nous mettons la virgule) et la virgule comme séparateur des nombres (là ou nous mettons l’espace). Vérifiez que votre version de Windows soit bien paramétrée ainsi, sinon corrigez pour qu’elle le soit en faisant apparaître le point dans la case jaune du haut. De même, dans la case jaune du bas, faites en sorte que la virgule apparaisse comme Symbole de regroupement des chiffres.


L’installation du programme
Pour cela, il vous faut le logiciel Gf1052pc contenu dans le CD-ROM CDR1530 disponible avec l’interface.
Avant de commencer l’installation, fermez tous les programmes que vous pourriez avoir ouverts.
Insérez le CD-ROM dans le lecteur : si votre ordinateur a la fonction “Autorun” activée, dès que vous avez fermé le tiroir le CDR se lance tout seul et il ne vous reste qu’à suivre les indications données à l’écran.
Une fois le programme installé, votre ordinateur est en mesure de dialoguer avec le générateur. Du moins en théorie, car seul un expert en programmes informatiques pourrait s’en sortir sans lire tout ce qui suit !

La remarque importante
Attention, aux USA le point vaut la virgule et la virgule l’espace entre groupe de trois chiffres : 1,213.72 signifie 1 213,72. Comme notre programme est au standard américain, il prévoit l’usage du point pour la séparation décimale et de la virgule pour l’espace entre groupes de trois chiffres. Il faut donc que les Paramètres généraux de Windows utilisent les mêmes symboles : en d’autres termes, pour que Gf1052pc s’entende avec Windows, il est nécessaire de conformer Windows aux symboles du programme.
Si vous ne savez pas quels sont les symboles séparateurs actuellement utilisés par votre système opérationnel Windows, vous n’avez qu’à suivre les indications suivantes :
- Cliquez sur Démarrez et placez le curseur sur Paramètres pour ouvrir le menu correspondant.
- Dans la fenêtre qui apparaît, cliquez sur Panneau de configuration.
- Lorsque le Panneau de configuration est ouvert, cliquez gauche deux fois sur Options régionales et linguistiques.
- La fenêtre qui s’ouvre permet d’accéder à Nombres soit par les onglets (W98) soit par Personaliser (WXP) et vérifiez ce qui est écrit sur la première ligne à côté de Séparateur décimal et à la troisième ligne à côté de Symbole regroupement chiffres.
- Pour utiliser le programme Gf1052pc, il est nécessaire que le Séparateur décimal soit le point et le Symbole de regroupement chiffres, la virgule.
- Si ce n’est pas le cas, paramétrez les nouveaux symboles, puis cliquez sur OK.
- Si les paramètres sont bons, cliquez sur Annuler.

A suivre
Dans la seconde partie, nous verrons comment lancer le programme, nous connecter au bureau, activer l’interface graphique afin de permettre toutes les commandes du générateur et d’en visualiser les effets et utiliser le balayage de fréquence ou “sweep”.
En attendant, bonne construction.

À suivre…

2ème Partie

1 commentaires:

  1. at220 perime
    ec1530 inconnu
    pouvez donner des precisions

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