La mémorisation de la courbe d'un filtre HF

Avec l’Analyseur de Spectre décrit dans les premiers numéros d’ELECTRONIQUE et Loisirs magazine, il est possible de mémoriser 4 courbes différentes de filtres. En rappelant ces courbes, on pourra leur superposer les courbes d’autres filtres et, ainsi, être à même de vérifier les différences existant entre les unes et les autres. Dans cet article, nous avons pour objectif de vous apprendre comment mémoriser des courbes de référence et comment les utiliser.


Il arrive souvent aux installateurs d’antennes TV de se retrouver avec un coupleur dont les filtres sont complètement déréglés. Comme la calibration d’un tel coupleur est pratiquement impossible sans un analyseur de spectre, la seule solution restante est le remplacement pur et simple.
Au contraire, si l’on dispose d’un analyseur de spectre capable de mémoriser la courbe d’un filtre correctement réglé, il est toujours possible de la rappeler pour lui superposer celle du filtre déréglé. On peut ainsi visualiser sur l’écran de l’analyseur deux courbes différentes, ce qui permettra de régler les différents filtres, jusqu’à obtenir une courbe identique à celle de référence.
Lors de l’acquisition de nouveaux filtres, toujours grâce à l’analyseur de spectre, il sera également possible de contrôler, par rapport aux données mémorisées d’un filtre témoin, s’ils sont trop étroits au point de ne pas laisser passer le signal du télétexte, ou bien s’ils atténuent de façon exagérée le signal appliqué sur leur entrée.
En ayant à sa disposition un instrument permettant de mémoriser 4 courbes différentes, celui qui travaille en haute fréquence et qui réalise des filtres passe-bande, passe-haut et passe-bas pour émetteurs et récepteurs, pourra, non seulement, voir comment varie la courbe selon la capacité des condensateurs ou la valeur des inductances, mais il pourra également connaître les valeurs d’atténuation en dB.

Comment visualiser une courbe
Supposons que vous ayez un filtre passe-bande dont vous ignorez à la fois la fréquence centrale et sa largeur. Pour visualiser sa courbe, et ensuite la mémoriser, vous devez procéder comme suit.
Si le filtre est de type passif, il suf fit de relier sur son entrée le signal prélevé sur la prise BNC TRACKING et de relier ensuite sa sortie sur la prise BNC INPUT (voir figure 2).
Si le filtre est de type actif, il faut, en plus, l’alimenter avec une tension externe (voir figure 3), car sans cela, vous ne verrez aucune courbe.
Etant donné que vous ignorez la fréquence de travail du filtre, vous devez, pour la trouver, effectuer ces opérations très simples.
Une fois l’analyseur allumé, réglez-le de façon à faire apparaître ces données :
SPAN = 1000.0
RBW = 1 M
SWP = .5 Sec.

Activez ensuite le “tracking”, en appuyant sur les touches F1, 5 et ENTER, puis la touche “+” jusqu’à faire apparaître “– 30” sur la ligne TRCK.
Le tracé d’un signal, comme celui représenté sur la figure 4 pourrait très bien s’afficher à l’écran.
Pour en connaître la fréquence de travail, vous devez activer le Marker 1, en appuyant sur les touches F2 et 0, puis la touche ENTER avant de positionner le curseur du Marker 1 sur le sommet du pic de façon à pouvoir lire la fréquence sur la ligne Marker 1.
Dans le cas de l’exemple reproduit sur la figure 4, vous lirez 205000 kHz équivalents à 205 MHz.
Une fois la fréquence connue, désactivez le Marker 1 en appuyant sur les touches F2, 0 puis ENTER.
Pour élargir ce tracé, appuyez sur les touches F1, 1 puis tapez “10” sur la ligne SPAN puis ENTER.
Vous verrez alors automatiquement s’afficher “100 kHz” sur la ligne RBW et “200 ms” sur la ligne SWP (Sweep).
Pour établir la fréquence lue dans l’exemple de la figure 4, appuyez sur les touches F1 et 0 pour accéder à la ligne CENTER, puis tapez le nombre 205 et pour finir, ENTER.
Une fois toutes ces opérations effectuées, vous verrez s’afficher la courbe de la figure 5 et, puisqu’elle est trop large, il faudra augmenter la valeur de la ligne SPAN.
Toutefois, avant de l’augmenter, il est préférable que vous alliez sur la ligne PEAK src et que vous appuyez sur ENTER de façon à déplacer la courbe au centre de l’écran.
Ensuite, appuyez sur les touches F1 et 1 afin de reporter le curseur sur la ligne SPAN, tapez 20 et appuyez sur ENTER.
Si vous désirez ultérieurement resserrer la courbe, il suffit de tourner le bouton de l’encodeur jusqu’à ce que la courbe apparaisse entièrement à l’écran, comme sur la figure 6. Positionnez le curseur du Marker 1 sur le sommet de la courbe, et, en admettant que vous lisiez 202 000 sur la ligne CENTER, appuyez sur les touches F1 et 0 puis tapez 202 000 sur la ligne CENTER et appuyez sur ENTER de façon à déplacer la courbe à nouveau au centre de l’écran (voir figure 6).
Pour voir la largeur de bande de ce filtre, vous devez également activer le Marker 2 en appuyant sur F2 et 1, puis ENTER et déplacer les deux curseurs sur les deux côtés de la courbe (voir figure 7).
Sur la ligne Marker 1, vous lirez alors la valeur en dB de l’atténuation ou du gain, ainsi que la fréquence du point de positionnement du marqueur 1.
Sur la ligne Marker 2, vous lirez la valeur en dB de l’atténuation ou du gain et la fréquence du point de positionnement du marqueur 2.
Sur la dernière ligne en bas, c’est-à-dire le M Delta, vous lirez la largeur de bande et l’écart en dB entre les deux points de positionnement des marqueurs :
Marker 1 = –31 dB 201053 kHz
Marker 2 = –31 dB 203815 kHz
M Delta = –0 dB 2762 kHz

Si vous calculez la différence entre la fréquence du Marker 2 et celle du Marker 1, vous obtiendrez exactement 2762 kHz, égal à 2,762 MHz.
En regardant les données indiquées sur la figure 7, vous pourriez penser que le filtre en examen réduit le signal de –31 dB, mais il n’en est rien, car l’analyseur prend comme référence les –30 dBm du TRCK (tracking) et donc l’atténuation réelle présente sur les deux points de positionnement des marqueurs, est de 31 – 30 = 1 dB.
Pour connaître avec précision l’atténuation d’un signal de –3 dB, vous devez placer le curseur du Marker 1 sur le sommet de la courbe (voir figure 8), de façon à ce que la fréquence centrale soit de :
Marker 1 = –28 dB 202434 kHz

Vous devez donc déplacer le Marker 2 jusqu’à obtenir une valeur de M Delta = –3 dB (voir figure 8) et vous lirez sur les trois lignes de gauche :
Marker 1 = –28 dB 202434 kHz
Marker 2 = –31 dB 203815 kHz
M Delta = –3 dB 1381 kHz

Pour connaître la largeur de bande passante totale, il suf fit de positionner le curseur du Marker 1 sur la gauche de la courbe, jusqu’à obtenir une valeur de M Delta = -0 dB et vous verrez à nouveau apparaître à l’écran :
Marker 1 = –31 dB 201053 kHz
Marker 2 = –31 dB 203815 kHz
M Delta = –0 dB 2762 kHz

En général, pour définir la largeur de bande, on prend comme référence les deux points placés à –3 dB (voir figure 7). On a donc, dans notre exemple, une largeur de bande de 2762 kHz.
Pour connaître la largeur de bande à –10 dB, il faut répéter les mêmes opérations que celles décrites précédemment.
Donc, sachant que l’extrémité supérieure de la courbe est à –28 dB (voir figure 8), vous devez positionner les deux curseurs sur –38 dB et vous verrez alors apparaître à l’écran ces nouvelles données (voir figure 9) :
Marker 1 = –38 dB 198085 kHz
Marker 2 = –38 dB 205900 kHz
M Delta = –0 dB 7095 kHz

Ce filtre aura donc une bande passante de 7000 kHz, équivalant à 7 MHz, mais avec une atténuation de –10 dB.

Figure 1 : Touches de commande présentes sur la face avant. Pour sélectionner les différentes fonctions indiquées sur le panneau, appuyez sur la touche fonction F1 ou F2, puis sur la touche numérique désirée.

Figure 2 : Si le filtre à contrôler est de type passif, c’est-à-dire dépourvu d’étages amplificateurs, vous pouvez le relier directement entre la sortie TRACKING et l’entrée INPUT.

Figure 3 : Si le filtre à contrôler est de type actif, vous devez appliquer sur la ligne d’alimentation la tension positive qui servira à alimenter les transistors internes.

Figure 4 : Pour visualiser une fréquence, démarrez toujours avec une valeur de SPAN de 1 000 MHz, puis placez le Marker 1 sur le tracé du signal.

Figure 5 : Si vous démarrez avec une valeur de SPAN de 10 MHz et que la courbe apparaît trop large, choisissez une valeur de SPAN de 20 MHz pour la réduire.

Figure 6 : Quand la courbe s’affiche entièrement à l’écran, vous devez mesurer la fréquence centrale, en utilisant le Marker 1.

Figure 7 : En positionnant sur les deux côtés de la courbe les Marker 1 et 2, vous pouvez connaître l’atténuation en dB du filtre et sa largeur de bande.

Figure 8 : Pour savoir si il y a bien, entre les deux marqueurs, une différence de –3 dB, positionnez le Marker 1 sur le sommet de la courbe (lire le texte).

Figure 9 : En déplaçant les deux marqueurs à –10 dB par rapport au centre, vous pouvez voir la nouvelle largeur de bande sur M Delta.

Comment mémoriser une courbe
Appuyez sur les touches du CURSOR en croix pour vous positionner sur la ligne MEM (voir figure 10), puis sur la touche ENTER pour voir apparaître à l’écran le menu de la figure 11.
Toujours en utilisant les touches du CURSOR, sélectionnez la ligne STORE 1, placée sous la ligne “FIGURE” et appuyez sur ENTER.
En haut à droite, vous verrez apparaître un numéro qui, en partant de 0, comptera jusqu’à une valeur indéfinie. Une fois la mémorisation terminée, vous verrez apparaître le mot “STORED” (mémorisé).
Pour mémoriser une courbe, il faut en moyenne 10 secondes (voir figure 12).
A la fin du comptage, la courbe sera mémorisée avec tous ses paramètres : le SPAN, le RBW, le SWP et le CENTER (fréquence centrale).
Quand vous éteindrez l’analyseur, toutes ces données mémorisées, c’est-à-dire les paramètres et la courbe, ne seront pas effacées et vous pourrez donc les rappeler, même après plusieurs années !
Dans la mémoire du STORE, se trouvant à gauche, on peut mémoriser 4 courbes différentes.

Figure 10 : Pour mémoriser la courbe qui s’affiche à l’écran, placez le curseur sur MEM, puis appuyez sur ENTER.

Figure 11 : Quand ce menu apparaîtra, allez sur la ligne STORE 1, placée sous “FIGURE”, puis appuyez sur la touche ENTER.

Figure 12 : En phase de mémorisation vous verrez apparaître en haut à droite “STORE” ainsi qu’une valeur, qui se changera ensuite en “STORED”.

Figure 13 : Pour rappeler la courbe mémorisée, il suffit de positionner le curseur sur la ligne RECALL 1, puis d’appuyer sur ENTER.

Figure 14 : Le curseur se placera automatiquement sur la ligne MAIN et le mot “CLEAR” viendra à remplacer “RECALL 1”.

Figure 15 : Si vous positionnez le curseur sur la ligne CLEAR et que vous appuyez sur ENTER, vous ferez apparaître à l’écran la courbe mémorisée.

Figure 16 : La courbe d’un nouveau filtre à calibrer peut être superposée à une courbe mémorisée déjà rappelée à l’écran (lire l’article).

Figure 17 : En tournant les condensateurs du filtre (voir figure 2 et 3), essayez de faire coïncider cette courbe avec celle mémorisée.

Figure 18 : Quand les courbes se superposeront, le second filtre sera calibré avec les mêmes caractéristiques que celles du filtre de référence.

Comment mémoriser une seconde courbe
Pour mémoriser une seconde courbe, vous devez procéder comme suit.
Placez le curseur sur la ligne MAIN et appuyez sur la touche ENTER de façon à revenir au menu principal. Après avoir visualisé à l’écran la seconde courbe, positionnez-vous grâce, aux touches en croix du CURSOR, sur la ligne MEM, puis appuyez sur ENTER : vous verrez alors apparaître le menu de la figure 11.
Toujours en utilisant les touches en croix du CURSOR, allez sur la ligne STORE 1 et appuyez sur la touche “+” de façon faire apparaître STORE 2, puis appuyez sur ENTER.
Sur la droite de l’écran, vous verrez apparaître à nouveau un numéro qui, en partant de 0, comptera jusqu’à une valeur indéfinie et lorsque la courbe sera complètement mémorisée, vous verrez apparaître le mot “STORED”.
Pour retourner au premier menu, il suffit d’aller sur la ligne MAIN et d’appuyer sur ENTER.

Figure 19 : Pour mémoriser une seconde courbe, allez sur STORE 1 puis appuyez sur la touche “+” de façon à faire apparaître STORE 2.

Figure 20 : En appuyant sur la touche ENTER une fois la courbe mémorisée, vous verrez s’afficher sur la ligne en haut à droite, le mot “STORED”.

Comment rappeler une courbe mémorisée
Pour afficher à l’écran une courbe mémorisée, il suffit de sélectionner à l’aide des touches du CURSOR la ligne MEM et appuyer sur ENTER, puis sélectionner la ligne RECALL 1 et appuyer à nouveau sur ENTER. Vous verrez alors apparaître la courbe mémorisée sur STORE 1 (voir figure 13).
Pour rappeler la courbe mémorisée sur STORE 2, STORE 3 ou STORE 4, quand vous vous trouvez sur la ligne RECALL 1, appuyez sur la touche “+” afin de faire apparaître RECALL 2, RECALL 3 ou RECALL 4, après quoi vous pouvez appuyer sur la touche ENTER.
Le tracé de la courbe mémorisée apparaît à l’écran avec une faible luminosité pour vous permettre de la distinguer du tracé que vous lui superposerez.
Après avoir appuyé sur ENTER, le mot “RECALL 1” se change en “CLEAR” (voir figure 14), le curseur se place automatiquement sur la ligne MAIN et donc en appuyant sur ENTER, vous retournerez au menu principal.

Figure 21 : Pour rappeler cette nouvelle courbe, il faut aller sur RECALL 1 et appuyer sur la touche “+” de façon à faire apparaître RECALL 2.

Comment effectuer un calibrage avec une courbe de référence
En admettant que vous deviez rappeler la courbe de la figure 9, déjà mémorisée sur STORE 1, parce qu’elle vous sert pour calibrer un filtre ayant les mêmes caractéristiques, vous devez procéder comme suit.
Quand vous vous trouvez dans le menu de la figure 4, reliez le filtre à calibrer entre la sortie TRACKING et l’entrée INPUT comme sur les figures 2 et 3.
Allez ensuite sur la ligne MEM et appuyez sur la touche ENTER de façon à faire apparaître le second menu, puis en utilisant les touches en croix du CURSOR, allez sur la ligne RECALL 1 et appuyez sur ENTER.
Apparaîtra alors à l’écran, la courbe mémorisée sur STORE 1 qui, comme vous le remarquerez, sera moins lumineuse (voir figure 13) par rapport à celle du filtre que vous voulez calibrer.
A présent, tournez les compensateurs de calibrage placés dans le nouveau filtre jusqu’à superposer les deux courbes (voir figure 16 et 17).
Quand la courbe du nouveau filtre apparaîtra parfaitement superposée à celle de référence (voir figure 18), le filtre sera calibré.
Pour retourner au menu principal, il suffit d’aller sur la ligne MAIN et d’appuyer sur ENTER.

Figure 22 : Pour effacer la courbe mémorisée en STORE 1 et la remplacer par celle de la figure 10, vous devez positionner le curseur sur STORE 1 et appuyer sur ENTER (lire le texte).

Une nouvelle courbe sur STORE 2
Si vous ne voulez pas effacer la courbe présente sur STORE 1 (voir figure 10), et que vous voulez au contraire mémoriser celle de la figure 19 sur STORE 2, effectuez les opérations suivantes.
Appuyez sur les touches du CURSOR pour aller sur la ligne MEM, puis sur ENTER : vous verrez alors apparaître à l’écran les paramètres de la figure 11.
Toujours en utilisant les touches du CURSOR, allez sur la ligne STORE 1 et appuyez sur la touche “+” de façon à faire apparaître “STORE 2” (voir figure 19), puis sur la touche ENTER.
Quand “STORED” apparaît sur la droite (voir figure 20), la courbe est mémorisée avec tous ses paramètres sur STORE 2.
Une fois la courbe mémorisée, pour pouvoir la rappeler, appuyez sur les touches du CURSOR pour vous positionner sur la ligne RECALL 1 et appuyez sur la touche “+” afin de faire apparaître RECALL 2. A présent, en appuyant sur la touche ENTER, vous verrez apparaître le tracé que vous avez mémorisé (voir figure 21).

Comment effacer une courbe mémorisée
Pour retirer de l’écran une courbe mémorisée, il suffit de porter le curseur sur la ligne MEM, puis d’appuyer sur ENTER : apparaîtra alors le menu de la figure 14. En positionnant le curseur sur la ligne CLEAR et en appuyant sur ENTER, la courbe disparaîtra de l’écran (voir figure 15), mais vous ne l’aurez pas effacée de la mémoire et donc vous pourrez toujours la rappeler en cas de besoin.
Si vous voulez remplacer cette courbe par une nouvelle, vous devrez avant tout la faire apparaître à l’écran. En appuyant sur les touches en croix du CURSOR, vous devez vous positionner sur la ligne MEM (voir figure 10), puis appuyer sur ENTER et vous verrez alors apparaître à l’écran le second menu de la figure 11. Toujours à l’aide des mêmes touches, positionnez-vous sur la ligne STORE 1, placée sous la ligne “FIGURE”, et appuyez sur ENTER.
En haut à droite, vous verrez apparaître un numéro qui, en partant de 0, comptera jusqu’à une valeur indéfinie et lorsque la mémorisation sera terminée, le mot “STORE” apparaîtra.
Grâce à cette opération, vous aurez remplacé la première courbe par la nouvelle (voir figure 22).

Comment éliminer les harmoniques
Sur la sortie d'un étage oscillateur, et de tous les étages amplificateurs de puissance d'un émetteur, outre à la fréquence fondamentale, on trouve de nombreuses fréquences harmoniques qu'il est préférable d'atténuer car, une fois qu'elles rejoignent l'antenne, elles rayonnent une grande quantité de fréquences parasites.
En admettant que vous ayez réalisé un émetteur accordé sur 100 MHz, vous trouverez aussi des signaux HF sur 200, 300, 400 et 500 MHz (voir figure 24). Si vous parvenez à atténuer toutes ces harmoniques avant qu'elles ne rejoignent l'antenne, la fréquence fondamentale sera la seule à être rayonnée et les transistors débiteront la même puissance mais consommeront moins de courant.
Pour atténuer toutes ces harmoniques, il faut utiliser un filtre passe-bas composé d'une inductance et de deux condensateurs (voir figure 23). Avec ce filtre, vous parviendrez à atténuer toutes les harmoniques de 18 dB. Si vous en montez deux en série (voir figure 30), vous les atténuerez de 36 dB.
Pour connaître la fréquence sur laquelle vous devez calculer ce filtre passe-bas, multipliez la fréquence fondamentale par 1,5. Donc, si la fréquence de travail est de 100 MHz, vous devez calculer la fréquence de coupure sur :
100 x 1,5 = 150 MHz

Si la fréquence de travail est de 27 MHz, vous devez calculer la fréquence de coupure sur :
27 x 1,5 = 40,5 MHz

Si la fréquence de travail est de 145 MHz, vous devez calculer la fréquence de coupure sur :
145 x 1,5 = 217,5 MHz


Figure 23 : Si vous voulez éliminer toutes les fréquences harmoniques sur les sorties d'un émetteur, vous devez relier un filtre passe-bas entre la sortie et le câble coaxial d'antenne. Vous trouverez dans l'article les formules servant à calculer la valeur de L1 et des condensateurs C1.

Comment calculer le filtre passe-bas
Pour calculer un filtre passe-bas, vous pouvez utiliser ces formules :
L1 microhenry = 15,9 : MHz
C1 picofarad = 3 180 : MHz
Fréquence de coupure = 318 : √[L1 x (C1 + C1)]

En admettant que vous vouliez calculer un filtre passe-bas pour une fréquence de 100 MHz, commencez par calculer la fréquence de coupure :
100 x 1,5 = 150 MHz

calculez ensuite la valeur de l'impédance à utiliser :
15,9 : 150 = 0,1 microhenry

puis calculez la valeur des condensateurs :
3180 : 150 = 21,2 picofarads

Pour connaître la fréquence sur laquelle ce filtre commence à atténuer de 18 dB, vous pouvez effectuer cette opération :
318 : √[0,1 x (21,2 + 21,2)] = 154 MHz

Même en utilisant des condensateurs ayant une valeur standard de 22 pF, vous obtiendrez une fréquence de coupure de 151 MHz.

Comment contrôler les harmoniques avec l'analyseur
Puisque le calcul théorique ne correspond jamais à ce que l'on obtient en pratique en raison de la tolérance des composants et des capacités parasites du circuit, la solution la plus adéquate est toujours de contrôler l'amplitude des signaux HF à l'aide de l'analyseur de spectre.

Important : ne reliez jamais la sortie de l'émetteur à l'entrée de l'analyseur car vous détruiriez son étage d'entrée.
Comme nous l'avons déjà indiqué dans le tableau des caractéristiques techniques de l'analyseur, paru dans le numéro 2 de notre revue, celui-ci n'accepte que des puissances inférieures à 0,2 watt.

Pour faire vos mesures, il vous faudra monter une petite antenne sur la prise INPUT de l'analyseur (voir figure 31).
Par exemple, si l'on considère une fréquence de 100 MHz, pour voir toutes les harmoniques vous devrez effectuer les opérations suivantes.
Appuyez sur les touches F1 et 1 pour aller sur la ligne SPAN, tapez 1 000 et appuyez sur ENTER : "1 M" apparaîtra alors automatiquement sur la ligne RBW, c'est-à-dire 1 MHz, et sur la ligne SWP apparaîtra ".5 Sec.", c'est-à-dire 0,5 seconde. Une fois toutes ces opérations effectuées, vous verrez apparaître à l'écran la fréquence fondamentale ainsi que toutes les harmoniques générées (voir figure 24).
Si la fréquence fondamentale des 100 MHz devait dépasser le bord supérieur de l'écran, il faudra réduire la sensibilité.
Pour ce faire, appuyez sur les touches F1 et 7 de façon à aller sur la ligne 0 dBm, puis sur la touche "–" jusqu'à faire apparaître le chif fre 20 :
ainsi, vous verrez que le tracé de la fréquence fondamentale s'affichera à nouveau entièrement à l'écran (voir figure 25).
A présent, vous devez réduire la valeur de SPAN en appuyant sur les touches F1 et 1, puis en tapant 400 et en appuyant sur ENTER.
La valeur du Sweep (SWP) changera automatiquement de .5 Sec. à 200 ms (200 millisecondes).
Puisque la fréquence du signal fondamental est de 100 MHz, vous devez appuyer sur les touches F1 et 0 de façon à vous positionner sur la ligne CENTER pour ensuite taper 200 et enfin appuyer sur ENTER.
Nous avons choisi une fréquence centrale de 200 MHz pour obtenir la fréquence fondamentale sur la gauche et la première harmonique à atténuer, au centre (voir figure 26).
Activez maintenant le Marker 1 en appuyant sur les touches F2 et 0, puis sur la touche ENTER et ensuite, à l'aide du bouton de l'encodeur, positionnez le petit triangle sur le sommet de la fréquence fondamentale.
Activez alors le Marker 2 en appuyant sur les touches F2 et 1, puis ENTER et à l'aide du bouton de l'encodeur, positionnez le petit triangle sur la première harmonique des 200 MHz (voir figure 27).
Comme vous le remarquerez, ces trois données apparaîtront à l'écran :
Marker 1 = 11 dB 100 000 kHz
Marker 2 = –4 dB 201 000 kHz
M Delta = –15 dB 101 000 kHz

La ligne M Delta nous indique que la distance entre le Marker 1 et le Marker 2 est égale à environ 101000 kHz, soit 101 MHz, et que l'amplitude de la fréquence fondamentale est de +11 dB tandis que celle de l'harmonique est d'environ –4 dB. Dans cet exemple, l'atténuation totale sera donc de –15 dB.
Nous vous signalons qu'avec une valeur de SPAN de 400 MHz, les valeurs des fréquences qui apparaissent sur les deux marqueurs sont très approximatives et qu'il ne faudra donc pas vous étonner si, au lieu de lire 100000, vous lisez 101.000 ou 99.000.
Pour obtenir une plus grande précision, vous devez réduire la valeur de SPAN de 400 à 200 MHz, puis choisir une fréquence centrale de 150 MHz pour pouvoir afficher aussi bien la fréquence fondamentale que la fréquence harmonique de 200 MHz (voir figure 28).
Chaque fois que vous modifierez la valeur de SPAN ou de la fréquence centrale, vous devrez toujours repositionner les deux curseurs des marqueurs sur les deux tracés.
Si vous reliez à présent sur la sortie de cet émetteur un filtre passe-bas qui atténue de 18 dB, vous verrez apparaître ces données (voir figure 29) :
Marker 1 = 11 dB 100000 kHz
Marker 2 = –22 dB 200000 kHz
M Delta = –33 dB 100000 kHz

En voyant ces chiffres, on pourrait penser que l'analyseur a affiché des données erronées, alors que bien souvent c'est nous qui commettons des erreurs en remplaçant un chiffre positif par un chiffre négatif.
C'est, par exemple, le cas du thermomètre : si la colonne de mercure passe de +11 degrés à –5 degrés, la différence entre les deux extrêmes ne sera pas de 6 degrés mais de 16 degrés.
En comparant les données reportées sur la figure 28, où il apparaît sur le Marker 2 :
Marker 2 = –4 dB 200000 kHz

à celles de la figure 29, où il apparaît sur le Marker 2 :
Marker 2 = –22 dB 200000 kHz

soustrayons –4 dB à –22 dB, et obtenons ainsi –18 dB.

Figure 24 : Pour visualiser les harmoniques générées par un émetteur, il est nécessaire de toujours démarrer avec une valeur de SPAN de 1 000.

Figure 25 : Si vous remarquez que la fréquence fondamentale sort de l'écran, vous devez réduire la sensibilité de 0 à 20 dB.

Figure 26 : Pour mieux voir la fréquence fondamentale ainsi que ses harmoniques, il est préférable de réduire le CENTER (fréquence centrale) à environ 200000 kHz.

Figure 27 : En positionnant les curseurs des marqueurs sur les sommets des deux signaux, vous pouvez lire l'atténuation en dB entre les deux fréquences.

Figure 28 : Si vous voulez obtenir des mesures plus précises, vous pouvez régler le CENTER sur environ 150000 kHz.

Figure 29 : En reliant le filtre de la figure 23 sur la sortie de l'émetteur, vous verrez l'amplitude de toutes les harmoniques se réduire de 18 dB.

Figure 30 : Pour atténuer encore plus toutes les fréquences harmoniques, il suffit de relier en série deux filtres de 18 dB : de cette façon, on obtient une atténuation totale de 36 dB qui réduit de 18 dB supplémentaires la fréquence harmonique de 200 000 kHz de la figure 29.

Figure 31 : Pour visualiser le signal rayonné par un émetteur, ne le reliez jamais sur l'entrée de l'analyseur pour ne pas endommager son étage d'entrée. Pour capter ce signal, il suffit de monter une petite antenne sur l'entrée de l'analyseur.

Comment mémoriser les différents SETUP
Notre analyseur de spectre est capable de mémoriser en plus des 4 différentes courbes, plusieurs SETUP, de façon à pouvoir les rappeler au besoin.
En effet, il pourrait être utile de pouvoir afficher ce SETUP à l'écran (voir figure 32) :
                 SPAN    50.0
CENTER 150.000
RBW 100 K
SWP 200 ms
dBm 20

Remarque : quand vous allumerez l'analyseur, le SETUP mémorisé sur STORE 1 (placé à gauche) apparaîtra toujours à l'écran. Donc, pour faire apparaître un autre SETUP, vous devez rappeler les STORE 2, 3, 4, etc., placés sur la gauche, à condition, bien sûr, que vous les ayez précédemment mémorisés.

Pour ce faire, appuyez sur les touches en croix du CURSOR et positionnez-vous sur la ligne MEM, puis sur ENTER et vous verrez alors apparaître à l'écran le menu de la figure 11.
Toujours en utilisant les touches du CURSOR, allez sur la ligne STORE 1 placée sur la gauche et appuyez sur ENTER. Le mot "STORED" apparaîtra immédiatement car la mémorisation des données de ces paramètres est très rapide (voir figure 33).
Si vous voulez mémoriser un nouveau SETUP, retournez à l'aide des touches en croix du CURSOR sur la ligne MEM, puis appuyez sur ENTER. Toujours en utilisant ces touches, allez sur la ligne STORE 1, puis appuyez sur la touche "+" de façon à faire apparaître STORE 2 et enfin, appuyez sur ENTER.
Pour rappeler ces SETUP, il suffit de se positionner sur la ligne MEM, d'appuyer sur la touche ENTER, puis d'aller sur la ligne RECALL 1, placée à gauche de l'écran (voir figure 34) et, au lieu d'appuyer sur ENTER, appuyez sur la touche "+" de façon à faire apparaître RECALL 2, RECALL 3 ou RECALL 4 et enfin sur ENTER.

Figure 32 : Si vous voulez mémoriser des données de SETUP, pour ensuite les rappeler lorsque vous en aurez besoin, vous devez d'abord les entrer dans le menu.

Figure 33 : Une fois les données entrées, allez sur la ligne STORE 1, placée sous "SETUP", puis appuyez sur la touche ENTER.

Figure 34 : Pour rappeler ce SETUP, il suffit de positionner le curseur sur RECALL 1, placé à gauche, puis d'appuyer sur ENTER.

Conclusion
Vous ayant fourni dans les détails tous les éléments nécessaires pour mémoriser des courbes ou bien le SETUP, certains d'entre-vous penseront peut être encore, en lisant cet article, que l'utilisation de cet instrument est très complexe.
Nous pouvons toutefois vous assurer que lorsque vous aurez l'analyseur sur le plan de travail de votre atelier, il vous suffira d'effectuer ces opérations quelquefois seulement pour ne plus avoir besoin de lire les instructions !
En fait, l'auteur de cet article se retrouve dans les mêmes conditions qu'un instructeur d'auto-école qui devrait expliquer à un élève désireux d'obtenir le permis de conduire, comment effectuer les premières opérations pour que la voiture démarre sans pour autant être au volant de ladite voiture !
Mais, comme vous le savez par expérience, il suffit de passer à la pratique, c'est-à-dire de s'asseoir au volant pour que tout devienne extrêmement simple et intuitif.

Glossaire

CENTER (fréquence centrale) – Pour modifier la valeur de la fréquence, appuyez sur les touches F1 et 0, puis numérotez la valeur de la fréquence et appuyez sur ENTER.

CLEAR – Cette touche sert à effacer des chiffres numérotés par erreur.

CURSOR – En appuyant sur les 4 touches en croix présentes sur le clavier, vous pouvez déplacer le curseur sur les différentes lignes du menu.
Pour activer la fonction sélectionnée, il faut toujours appuyer sur la touche ENTER.

dB par carré – Pour modifier la sensibilité en vertical de 10 dB par carré à 5 dB par carré ou vice-versa, appuyez sur les touches F1 et 9, puis sur les touches avec les symboles "+" et "–".

dBm – Pour passer de la lecture dBm à dBμV ou vice-versa, appuyez sur les touches F1 et 8.

ENCODER – Le bouton de l'encodeur sert à positionner les deux curseurs des marqueurs et à modifier les valeurs de SPAN et du CENTER, une fois positionnés sur les lignes correspondantes.

ENTER – Cette touche sert à activer la fonction sélectionnée ou à confirmer la valeur de la fréquence sur la ligne >********.

FILTER VF – Cette touche active un filtre qui réduit le bruit sur le tracé apparaissant en bas, en horizontal. Ce filtre passe-bas peut être réglé sur 100, 10, 1 et 0,1 MHz.

LEVEL – Pour modifier la sensibilité indiquée par la colonne de gauche des dBm, appuyez sur les touches F1 et 7, puis sur "+" et "–". Pour obtenir 5 dB par carré, appuyez sur les touches F1 et 9 et pour obtenir 2 dB par carré, tournez le bouton de l'encodeur.

Marker 1 – Pour activer la fonction du Marker 1, appuyez sur les touches F2 et 0, puis ENTER. Pour le désactiver, appuyez à nouveau sur ENTER.

Marker 2 – Pour activer la fonction du Marker 2, appuyez sur les touches F2 et 1, puis ENTER. Pour le désactiver, appuyez à nouveau sur ENTER.

M. Delta – Vous lirez sur cette ligne la différence en kHz entre le Marker 1 et le Marker 2 ainsi que la différence en dB ou en dBμV entre les deux points sur lesquels sont positionnés les deux marqueurs.

MEM – En positionnant le curseur sur cette ligne et en appuyant sur ENTER, on passe sur le menu de la figure 11 et cette fonction se transforme automatiquement en MAIN. En appuyant à nouveau sur ENTER, on retourne sur le menu de la figure 10.

MAIN – En positionnant le curseur sur cette ligne et en appuyant sur ENTER, on passe sur le menu de la figure 10 et cette fonction se transforme automatiquement en MEM. En appuyant à nouveau sur ENTER, on retourne sur le menu de la figure 11.

MAXHOLD – Cette touche mémorise le niveau maximum du signal et le corrige automatiquement lorsque cette valeur est dépassée.

STORE (mémoriser) – Pour mémoriser une courbe, allez sur cette ligne et appuyez sur F2 et 2 (lire le texte).

PEAK scr – Pour positionner le signal avec l'amplitude la plus grande au centre de l'écran, appuyez sur les touches F1 et 4.

RBW – Pour changer la valeur de la ligne SPAN, appuyez sur les touches F1 et 2, puis sur "+" et "–". Il est possible de sélectionner 1 MHz, 100 kHz ou 10 kHz.

RUN – Pour immobiliser les tracés sur l'écran, appuyez sur les touches F1 et 6.

Sensibilité – Pour modifier la sensibilité en vertical des dBm ou des dBμV, appuyez sur les touches F1 et 9, puis sur "+" et "–".

SPAN – Pour changer la valeur de la ligne SPAN, appuyez sur les touches F1 et 1, puis sur "+" et "–" ou tournez le bouton de l'encodeur, ou bien encore, tapez directement sur le clavier la valeur SPAN qui vous intéresse.

SWP – Pour changer la valeur de la ligne SWP, appuyez sur les touches F1 et 3, puis sur "+" et "–". Les temps de Sweep sont : 50, 100 et 200 millisecondes et 0,5, 1, 2 et 5 secondes.

Touches "+" et "–" – Ces deux touches servent à augmenter ou à réduire les valeurs qui apparaissent sur les lignes CENTER, SPAN, RBW et SWP.

Clavier numérique – Il sert à entrer la valeur d'une fréquence sur la ligne >******** qui sera transférée sur la ligne CENTER seulement après avoir appuyé sur la touche ENTER.

Tracking – Pour activer le tracking, appuyez sur les touches F2 et 3. Pour le désactiver, appuyez sur les touches F2 et 4.

Un générateur de décharges haute tension pour clôture électrique

Cette réalisation peut apparaître comme déplacée dans une revue telle qu’Electronique et Loisirs magazine. Pourtant, il n’en est rien. De nombreux lecteurs nous ont sollicité pour un tel montage et les essais “in situ” ont prouvé l’intérêt d’un tel montage. Ce générateur de décharges haute tension trouvera son application dans divers domaines : le maintien dans un enclos d’animaux, l’interdiction de pénétration d’une zone par des prédateurs, la dissuasion contre le vol dans les caves, etc.


Bien entendu, des systèmes pour clôture électrique existent dans le commerce mais leur prix est élevé (de 700 F environ pour les moins chers à plus de 2000 F pour les plus sophistiqués, batterie non comprise) mais le but du passionné d’électronique est tout de même de fabriquer lui-même tout ce qui est à sa portée.
Les décharges électriques générées par ce circuit sont absolument inoffensives. Si vous touchez les fils avec la main, vous ne ressentirez qu’une secousse électrique, au demeurant désagréable, mais sans danger pour votre santé.
Sachant que les animaux sont particulièrement sensibles à ces secousses, il suffira de relier la sortie de la bobine haute tension à une clôture pour les tenir à distance.
Afin de vous rassurer définitivement, répétons encore une fois que les décharges électriques produites par ce générateur ne sont absolument pas dangereuses, ni pour l’homme, ni pour les animaux. A titre d’exemple, ces décharges produisent les mêmes effets que les statiques que l’on ressent souvent en descendant de voiture. Bien que très désagréables, elles ne sont nullement dangereuses.
Une fois ce point bien précisé, passons à quelques-unes des nombreuses applications de ce générateur de décharges électriques, sachant que c’est quand même dans l’agriculture et la zootechnie qu’il sera le plus fréquemment utilisé.
Si vous gérez un élevage de chevaux, de bovins ou de tous autres animaux corpulents ayant tendance à vouloir s’échapper de l’enclos dans lequel ils sont retenus, détériorant au passage les cultures environnantes, il suffira alors de tendre tout autour des fils de cuivre, de fer galvanisé, ou, plus simplement, de la cordelette spéciale, prévue pour les clôtures électriques et tressée avec un ou plusieurs conducteurs (il existe également de la tresse de différentes largeurs), et de relier l’ensemble à la sortie de la bobine haute tension (voir figures 4, 5 et 6).
Vous constaterez alors que les animaux se tiendront à distance respectable.
Avec ce système, vous atteindrez deux objectifs : d’une part, vos animaux ne s’échapperont plus de l’enclos, et d’autre part, vous empêcherez toute intrusion d’animaux prédateurs au sein de votre élevage.
Les éleveurs qui ont testé cette réalisation n’ont plus eu à se plaindre des prédateurs qui entraient la nuit dans les clapiers à lapins ou dans les poulaillers, faisant ainsi de véritables ravages.
Ce système peut également protéger une zone donnée d’animaux détruisant les cultures. C’est le cas dans les régions où l’on trouve des bandes de sangliers qui endommagent les cultures en prenant d’assaut les champs de pommes de terre dont ils sont très friands. Un grand producteur a pu résoudre ce problème une fois pour toutes. En effet, après l’installation de ce système ses cultures n’ont plus été dévastées.
Si votre enclos se trouve proche d’une voie de passage, nous vous conseillons d’y installer quelques petits panneaux indiquant “Attention, clôture électrique” pour éviter que les passants ne touchent les fils, même si l’on sait que les “décharges” sont inoffensives.
En revanche, si votre enclos se trouve à l’intérieur d’une propriété privée, ces panneaux ne sont pas nécessaires.
Ce circuit peut également être utilisé pour éviter que les pigeons ne se posent sur le rebord de votre fenêtre, ce qui est appréciable quand on sait les dégâts que sont capables de faire ces volatiles.
Avec ce système nous répondons également à l’attente de quelques fidèles lecteurs qui souhaitaient pouvoir réaliser un “générateur de secousses” à brancher sur la poignée de porte de leurs caves afin de ne plus voir disparaître leurs précieuses bouteilles. Voilà qui est fait !

Schéma électrique
Comme vous pouvez le voir sur le schéma électrique donné en figure 1, pour réaliser ce circuit nous n’avons besoin que d’un seul transistor, un thyristor, une diode diac, un transformateur élévateur, et une bobine haute tension telle que celle utilisée dans une voiture pour déclencher l’étincelle sur les bougies du moteur.
De tous ces composants, le seul que vous ne trouverez pas dans le kit sera la bobine haute tension, car si nous l’achetions pour vous la revendre, vous la payeriez plus cher que si vous l’achetiez directement chez votre électricien automobile habituel !
En raison de l’utilisation que vous allez en faire, vous pouvez également acheter cette bobine dans une casse auto pour un prix dérisoire. La marque n’a évidemment aucune importance !
Retournons maintenant à la description du fonctionnement du circuit. Le transistor TR1, relié au bobinage primaire du transformateur T1, constitue l’étage oscillateur et génère une fréquence de 30-40 kHz. A partir du bobinage secondaire de ce transformateur, nous obtenons une tension de 250 volts environ à très faible courant qui sera redressé par la diode DS3, puis lissée par le condensateur électrolytique C4.
Après être passée par la résistance bobinée R6, la tension est appliquée sur la borne (+) ou marquée 15 de la bobine.
La borne opposée qui porte le signe (–) ou marquée 1, est reliée à l’anode du thyristor SCR1. Sa cathode, (notée K) est reliée à la masse alors que sa gâchette (notée G) va à la diode diac.
Quand la tension atteint environ 30 volts sur le condensateur électrolytique C5, la diode diac entre en conduction, ce qui excite la gâchette du thyristor SCR1. Ce dernier, entre à son tour en conduction, court-circuitant la borne (–) de la bobine auto à la masse. Ainsi, la tension emmagasinée dans le condensateur électrolytique C4, se décharge dans le primaire de la bobine auto, ce qui génère une décharge électrique sur sa sortie. Comme nous l’avons indiqué au début de l’article, il ne reste plus qu’à y relier les fils d’un enclos.
Ce circuit ne génère pas une décharge électrique continue mais impulsionnelle au rythme d’une par seconde.
L’oscillateur peut être alimenté par une tension continue comprise entre 10 et 15 volts. A la campagne, on pourra utiliser la batterie d’une voiture pour son alimentation. Sachant que sa consommation est d’environ 0,4 ampère, la batterie (60 A/h) restera chargée environ 150 heures. Si le circuit ne fonctionne que de nuit, il suffira alors de mettre la batterie en charge seulement tous les 15 jours environ.
Pour anticiper votre demande, nous précisons tout de suite qu’il est possible d’alimenter le circuit à partir du réseau 220 volts, dès l’instant où l’on utilise une alimentation stabilisée qui fournit en sortie une tension de 12 volts continus et délivre au minimum 0,5 ampère.
Certains pourraient penser pouvoir modifier notre schéma électrique en remplaçant le circuit oscillant composé du transistor TR1 et du transformateur T1 par un transformateur ayant un primaire de 220 volts et un secondaire de 250 volts.
Nous le déconseillons vivement car, lors de la fermeture du thyristor SCR1, on obtiendrait une surtension élevée sur le secondaire du transformateur, qui, se ramenant sur le primaire, le mettrait immédiatement hors d’usage.

Figure 1 : Schéma électrique du circuit générateur de décharges électriques à haute tension. Comme nous l’avons précisé dans l’article, ces décharges électriques ne sont pas dangereuses, mais sont seulement désagréables pour l’homme comme pour les animaux. La bobine auto, visible sur la droite, est une bobine traditionnelle à haute tension, utilisée pour faire jaillir une étincelle sur les bougies d’un moteur de voiture (voir schéma d’implantation figure 2).

Figure 2a : Schéma d’implantation du générateur de décharges électriques. Ce circuit peut être alimenté par une batterie de 12 volts ou bien par une alimentation stabilisée, reliée au réseau 220 volts, capable de fournir une tension continue de 12 volts sous 0,5 ampère.

Figure 2b : Brochage du thyristor SCR1 et du transistor TR1.

Figure 2c : Dessin du circuit imprimé à l’échelle 1.

Figure 3 : Le circuit une fois monté. Sur le transistor TR1, sur la gauche du circuit imprimé, on peut voir un petit radiateur.

Liste des composants LX.1398
R1 = 47 kΩ
R2 = 1,2 kΩ
R3 = 10 Ω
R4 = 1 MΩ
R5 = 120 kΩ
R6 = 56 Ω 3 W bobinée
C1 = 100 nF polyester
C2 = 470 μF électrolytique
C3 = 10 nF polyester
C4 = 22 μF électrolytique 450 V
C5 = 10 μF électrolytique
DS1 = Diode 1N4007
DS2 = Diode 1N4007
DS3 = Diode BY509
DIAC = Diac DD40
TR1 = Transistor NPN BD137
SCR1 = Thyristor SCR 800 V 12 A
T1 = Transformateur réf. TM.1298
Sauf spécification contraire, toutes les résistances sont des 1/4 W à 5 %.


Réalisation pratique
Après avoir réalisé ou acquis le circuit imprimé LX.1398 qui est un simple face, commencez à monter tous les composants en suivant le schéma d’implantation de la figure 2.
Insérez en premier les diodes DS1-DS2 en orientant leur cathode (bague blanche) vers le transformateur. Continuez avec la diode haute tension DS3 en insérant celle-ci de manière à ce que son marquage (bagues rouge et noire) soit dirigé vers la résistance bobinée R6. Sur le schéma de câblage, ce marquage est symbolisé par un point rouge. Si cette diode venait à être montée à l’envers, les électrolytiques C4-C5 seraient endommagés.
Poursuivez le montage en insérant également la diode diac dans n’importe quel sens puisqu’elle n’a pas de polarité.
Viennent ensuite les résistances, les condensateurs polyester et les électrolytiques pour lesquels il faut en revanche bien respecter la polarité.
Insérez maintenant les borniers à 2 et à 3 plots pour l’alimentation et le raccordement à la bobine auto. Après avoir terminé cette opération, soudez le thyristor SCR1 en tournant sa face métallique vers le condensateur électrolytique C4.
En ce qui concerne le montage du transistor TR1 qui est fixé sur un petit radiateur en forme de U, vous devrez penser à tourner sa face métallique vers ce même petit radiateur.
Enfin, montez le transformateur T1, et quand vous aurez fini de souder ses bornes sur le circuit imprimé, le système sera prêt à fonctionner.

Essai
Vous devez tout d’abord relier le fil (+) du bornier sur le (+) de la bobine, et le fil (–) du bornier sur le (–) de la bobine.
Le fil noté “T”, c’est-à-dire celui qui vient du point central du bornier, doit être raccordé à la terre. Mais, pour cet essai, nous vous conseillons de l’approcher à environ 1 cm de la sortie de la bobine haute tension.
Dès que l’appareil sera sous tension, vous verrez une étincelle jaillir chaque seconde, ce qui confirme bien que le circuit fonctionne correctement.

Figure 4 : Si les poteaux de votre enclos sont en bois, vous pourrez fixer deux ou trois fils sans utiliser d’isolateur.
Le fil indiqué HT est relié à la borne centrale de la bobine de voiture (voir figure 2).


Figure 5 : Si les poteaux de votre enclos sont en fer, vous devrez les isoler du fil avec des isolateurs en céramique.
Il faut également enfermer la bobine pour voiture à l’intérieur d’un boîtier plastique que vous fixerez près des poteaux de l’enclos. A cet usage, vous pourrez acheter un boîtier pour batterie de camping-car par exemple.


Figure 6 : Pour protéger l’appui d’une fenêtre contre les salissures des pigeons, il suffit de tendre, sur une planche de bois, une série de fils de cuivre distant les uns des autres de 3 à 4 centimètres.

Figure 7 : Bien entendu, vous pouvez brancher la haute tension sur la poignée d’une porte mais nous conseillons aux lecteurs qui nous ont posé la question de tendre plutôt une série de fils de cuivre directement sur les bouteilles qu’il souhaite protéger dans sa cave ! Sinon, attention à l’arroseur arrosé!

Comment l’installer
Pour électrifier un enclos, vous devez planter dans le sol un piquet en métal duquel vous relierez un fil jusqu’au point central du bornier (fil noté “T”).
Après avoir relié tous les poteaux de l’enclos par un fils conducteur (fil de cuivre, fil de fer galvanisé, cordelette conductrice, tresse conductrice, etc.), vous brancherez ce dernier sur la sortie de la bobine haute tension.
Si les poteaux sont en bois, il ne sera pas nécessaire d’isoler les fils.
En revanche, s’ils sont en fer, vous devrez isoler les fils de la partie métallique des poteaux avec des isolateurs en céramique ou en plastique. (voir figures 4 et 5).
Pour rendre cette protection encore plus efficace, vous pourrez enterrer à une profondeur d’environ 10 centimètres un fil galvanisé que vous relierez à la borne de terre par un autre fil.
Il est conseillé d’enfermer le circuit générateur d’électricité, y compris la bobine, dans un boîtier en plastique étanche. Vous pouvez vous procurer ce boîtier chez n’importe quel revendeur de matériel électrique. Ce boîtier pourra être fixé sur un poteau en faisant sortir les deux fils qui vont aux bornes de la batterie 12 volts.
Pour protéger un appui de fenêtre des pigeons, vous pouvez utiliser une petite table en bois sur laquelle vous fixerez des clous pour tendre les fils qui devront être distants de 3 à 4 cm (voir figure 6).

Une sonde logique TTL et CMOS

Lors du salon Educatec, nous avons pu vérifier que de nombreux professeurs de lycées techniques conseillaient à leurs étudiants de lire notre revue, en raison des projets innovants que nous proposons chaque mois, bien sûr, mais également parce que nous sommes particulièrement à l’écoute du milieu de l’Education. Ces mêmes professeurs, nous ont demandé d’étudier une sonde simple, en mesure de reconnaître les niveaux logiques 1 et 0 des circuits intégrés TTL et CMOS. Voilà de quoi les satisfaire.


Lorsque, dans la description d’un schéma électrique, nous lisons que la broche de sortie d’un circuit intégré passe au niveau logique 1 ou bien au niveau logique 0, nous savons que ces deux niveaux servent en pratique à indiquer :
       Niveau 1 = tension positive
       Niveau 0 = tension nulle
La tension positive que nous relevons en présence d’un niveau logique 1, est toujours celle de l’alimentation.
Néanmoins, si nous contrôlons un circuit intégré TTL alimenté avec une tension de 5 volts, ce niveau logique 1 correspond à une tension de 5 volts ; par contre si nous contrôlons un circuit intégré CMOS alimenté avec une tension de 12 volts, ce niveau logique 1 correspond à une tension de 12 volts.
A propos du niveau logique 0, nous devons préciser que la tension nulle ne signifie pas broche ouverte, mais broche reliée à la masse.
Une autre particularité dont il faut tenir compte, est que les niveaux logiques que nous pouvons appliquer sur les broches d’entrée d’un circuit intégré, peuvent êtres différents des niveaux logiques 1 ou 0 que nous prélevons des broches de sortie.
Par exemple, dans le cas des circuits intégrés logiques TTL qui sont alimentés avec une tension de 5 volts, leurs broches d’entrée reconnaissent :
- Comme niveau logique 1, une tension supérieure à 2 volts.
- Comme niveau logique 0, une tension inférieure à 0,8 volt.
Si nous passons aux circuits intégrés logiques CMOS, qui peuvent être alimentés avec des tensions comprises entre 5 et 15 volts maximum, leurs broches d’entrée reconnaissent :
- Comme niveau logique 1, une tension supérieure à 70 % de la tension d’alimentation.
- Comme niveau logique 0, une tension inférieure à 30 % de la tension d’alimentation.
Ainsi, si nous alimentons un circuit intégré CMOS avec une tension de 5 volts, celui-ci reconnaît comme niveau logique 1, une tension supérieure à :
5 x 0,70 = 3,5 volts

Et comme niveau logique 0, une tension inférieure à :
5 x 0,3 = 1,5 volt

Si nous alimentons le même circuit CMOS avec une tension de 12 volts, celui-ci reconnaît comme niveau logique 1, une tension supérieure à :
12 x 0,7 = 8,4 volts

Et comme niveau logique 0, une tension inférieure à :
12 x 0,3 = 3,6 volts

Dans le cas des circuits intégrés TTL, les broches d’entrée reconnaissent un niveau logique 1 lorsque la tension dépasse 2 volts et un niveau logique 0 lorsque la tension descend au-dessous de 0,8 volt seulement. Pour les circuits intégrés CMOS, ces deux niveaux varient en fonction de la tension d’alimentation.
Pour déterminer quelles sont les valeurs des niveaux logiques d’un circuit intégré CMOS, il est donc indispensable de savoir, avant tout, avec quelle tension il est alimenté. Ceci fait, nous pourrons mesurer avec un multimètre la tension présente sur ses broches d’entrée.
Si celle-ci est supérieure à 70 % de la tension d’alimentation, nous savons que nous sommes en présence d’un niveau logique 1, par contre si elle est inférieure à 30 % de la tension d’alimentation, nous sommes en présence d’un niveau logique 0.
Si nous contrôlions les niveaux logiques d’un circuit intégré diviseur ou compteur, qui changent rapidement de l’état 1 à l’état 0, nous ne parviendrons que difficilement à lire la valeur de cette tension avec un multimètre, car l’aiguille de celui-ci indiquera la valeur moyenne qui ne correspond ni au niveau logique 1, ni au niveau logique 0.
Pour tester les niveaux logiques d’un circuit intégré numérique, il faut nécessairement utiliser une sonde logique comme celle que nous vous proposons.
Elle permet d’allumer une diode LED lorsque nous sommes en présence d’un niveau logique 1 et une seconde diode LED lorsque nous sommes en présence d’un niveau logique 0.
Comme nous l’avons déjà dit, en testant les broches d’un diviseur ou d’un compteur, leurs niveaux logiques changeant d’état très rapidement, nous ne pouvons pas faire allumer ni la LED du niveau 1, ni celle du niveau 0. Pour déterminer si ces circuits intégrés fonctionnent normalement, nous avons intégré dans cette sonde la diode LED DL3, qui s’allume uniquement en présence de niveaux logiques qui changent d’état rapidement.
La quatrième diode LED, nommée DL4, présente dans cette sonde, ne s’allume que si, dans le circuit que vous testez, se trouve un niveau anormal, qui ne rentre pas dans les deux valeurs requises de 1 et de 0, que ce soit pour les circuits intégrés TTL ou pour les circuits intégrés CMOS.
Comme vous pouvez le noter, cette diode LED s’allume également lorsque la pointe de touche de la sonde n’est pas reliée au circuit intégré à tester.

Schéma électrique
Comme cela apparaît sur la figure 1, pour réaliser cette sonde digitale, nous avons utilisé trois circuits intégrés, cinq transistors et quatre diodes LED.
Avant de poursuivre, notez que la tension pour alimenter cette sonde est directement prélevée du montage que vous souhaitez tester. Cette précaution est indispensable car, si dans ce montage des circuits intégrés CMOS sont utilisés, la sonde doit prendre comme référence la tension utilisée pour l’alimentation pour pouvoir reconnaître les niveaux logiques 1 et 0.
En appliquant la pointe de la sonde sur les broches du circuit intégré à tester, la tension relevée rejoint la broche inverseuse “ – “ de l’amplificateur opérationnel IC1 et la broche non inverseuse “ + “ de l’amplificateur opérationnel IC2.
Pour déterminer un quelconque niveau logique anormal ne rentrant ni dans la valeur 1 ni dans la valeur 0, une tension égale au 1/3 de la tension d’alimentation est appliquée, à travers les résistances R2 et R3, sur la pointe de la sonde.
Dans ce circuit, l’amplificateur opérationnel IC1 est utilisé pour reconnaître le niveau logique 1 et l’amplificateur opérationnel IC2 pour reconnaître le niveau logique 0.
Comme vous pouvez le noter, la broche non inverseuse d’IC1 est polarisée avec la tension présente à la jonction des résistances R5 et R6, tandis que la broche inverseuse d’IC2 est polarisée avec la tension présente sur la jonction des résistances R6 et R7.
Si vous testez un circuit intégré TTL alimenté en 5 volts, sur la jonction de ces résistances, seront présentes les valeurs de tensions suivantes :
2 volts environ sur la jonction R5 et R6
0,8 volt environ sur la jonction R6 et R7

Lorsque vous appliquez la pointe de la sonde sur la broche d’un circuit intégré TTL, si la tension est inférieure à 0,8 volt, la broche de sortie d’IC2 passe au niveau logique 0, tandis que la sortie d’IC1 passe au niveau logique 1 (voir figure 2).
Lorsque vous appliquez la pointe de la sonde sur la broche d’un circuit intégré TTL, si la tension est supérieure à 2 volts, la broche de sortie d’IC2 passe au niveau logique 1, tandis que la sortie d’IC1 passe au niveau logique 0 (voir figure 3).
Le transistor PNP relié à l’amplificateur opérationnel dont la sortie passe au niveau logique 0, devient conducteur et entraîne l’éclairement de la diode LED placée sur son collecteur.
Si vous appliquez la pointe de la sonde à une broche sur laquelle n’est présent ni un niveau 1, ni un niveau 0, les deux sorties des deux amplificateurs opérationnels demeurent au niveau logique 1, ainsi les deux diodes LED, DL1 et DL2 restent éteintes, par contre, la diode LED DL4 s’allume pour indiquer qu’il existe une condition anormale.
Si vous testez un montage qui utilise des circuits intégrés CMOS, la sonde pourra être alimentée avec une tension variable comprise entre 5 et 15 volts.
Pour tester des circuits intégrés CMOS, il est nécessaire de fermer l’interrupteur S1 qui permet d’appliquer en parallèle à la résistance R5 de 68 kilohms, la résistance R4 de 22 kilohms.
Cette valeur mise en parallèle permet d’obtenir une valeur d’environ 16,6 kilohms, qui nous servira pour appliquer, sur la broche non inverseuse d’IC1, une tension égale à environ 70 % de celle d’alimentation et sur la broche inverseuse d’IC2, une tension égale à environ 30 % de la tension d’alimentation.
En admettant que le circuit intégré CMOS que vous voulez tester soit alimenté avec une tension de 12 volts, vous obtenez :
8,7 volts environ sur la jonction de R5 et R6
3,5 volts environ sur la jonction de R6 et R7

Si vous appliquez la pointe de la sonde sur la broche d’un circuit intégré CMOS dont la tension est inférieure à 3,5 volts, la broche de sortie d’IC2 passe au niveau logique 0, par contre la broche de sortie d’IC1 passe au niveau logique 1 (voir figure 4).
Si vous appliquez la pointe de la sonde sur la broche d’un circuit intégré CMOS dont la tension est supérieure à 8,7 volts, la broche de sortie d’IC2 passe au niveau logique 1, par contre la broche de sortie d’IC1 passe au niveau logique 0 (voir figure 5).
Nous savons déjà que le transistor PNP (voir TR1-TR2) relié à la sortie de l’amplificateur opérationnel dont la sortie passe au niveau logique 0, devient conducteur et fait allumer la diode LED placée sur son collecteur.
Pour allumer la diode LED DL3, lorsque la fréquence de commutation des niveaux logiques 1 et 0 sont si rapides que l’on ne peut pas allumer DL1-DL2, nous avons recours au circuit intégré IC3 et au transistor TR5.
Comme cela peut se voir sur le schéma électrique, le signal présent sur la pointe de la sonde rejoint le condensateur C4, qui l’applique sur la broche 2 d’IC3, un classique NE7555 utilisé en monostable.
La fréquence qui entre sur la broche 2, commute la broche de sortie 3 au niveau logique 1 et cette tension positive, rejoint la base du transistor TR5, le rend conducteur, ce qui permet d’allumer la LED DL3 placée sur son collecteur.
Les diodes au silicium que vous trouvez placées sur chaque base des transistors TR1, TR2, TR4 et TR5 servent à maintenir stable la luminosité des LED en cas de variation de la tension d’alimentation. En effet, cette tension d’alimentation peut varier de 5 volts (lorsque vous testez des circuits intégrés TTL) à une tension de 5 à 15 volts (lorsque vous testez des circuits intégrés CMOS).

Figure 1 : Schéma électrique de la sonde en mesure de reconnaître les deux niveaux logiques 1 et 0 des circuits intégrés TTL ou CMOS.

Figure 2 : Si nous appliquons la pointe de la sonde sur une broche d’un circuit intégré TTL qui se trouve au niveau logique 0, nous verrons immédiatement s’allumer la diode LED marquée DL2.

Figure 3 : Si nous appliquons la pointe de la sonde sur une broche d’un circuit intégré TTL qui se trouve au niveau logique 1, nous verrons immédiatement s’allumer la diode LED marquée DL1.

Figure 4 : Si nous appliquons la pointe de la sonde sur une broche d’un circuit intégré CMOS qui se trouve au niveau logique 0, nous verrons immédiatement s’allumer la diode LED marquée DL2.

Figure 5 : Si nous appliquons la pointe de la sonde sur une broche d’un circuit intégré CMOS qui se trouve au niveau logique 1, nous verrons immédiatement s’allumer la diode LED marquée DL1.

Figure 6 : Schéma pratique de montage de la sonde logique et brochages des circuits intégrés vus de dessus et des transistors NPN type BC547 et PNP type BC327 vus de dessous.

Figure 7 : Photographie du circuit, une fois le montage terminé. Le circuit imprimé disponible dans le kit ou séparément comporte une sérigraphie, qui ne figure pas encore sur cet exemplaire destiné à la mise au point.

Figure 8 : Avant de mettre en place la prise banane pour la pointe de touche sur le panneau arrière, séparez de son corps, la rondelle isolante et placez-la à l’intérieur (voir dessin). Si la fiche banane de la pointe de touche nage un peu dans sa prise, écartez délicatement les deux parties métalliques à l’aide d’un tournevis.

Figure 9 : Le circuit imprimé est fixé à l’aide de trois vis à l’intérieur du coffret plastique. Ce dernier est fourni complet avec le panneau avant percé et sérigraphié.

Liste des composants LX.1426
R1 = 1 kΩ
R2 = 220 kΩ
R3 = 120 kΩ
R4 = 22 kΩ
R5 = 68 kΩ
R6 = 27 kΩ
R7 = 18 kΩ
R8 = 2,2 kΩ
R9 = 2,2 kΩ
R10 = 47 Ω
R11 = 4,7 kΩ
R12 = 47 Ω
R13 = 4,7 kΩ
R14 = 10 kΩ
R15 = 10 kΩ
R16 = 2,2 kΩ
R17 = 47 Ω
R18 = 220 kΩ
R19 = 220 kΩ
R20 = 2,2 kΩ
R21 = 470 kΩ
R22 = 47 Ω
C1 = 100 nF polyester
C2 = 100 nF polyester
C3 = 100 μF électrolytique
C4 = 100 pF céramique
C5 = 47 nF polyester
C6 = 2,2 μF électrolytique
C7 = 100 nF polyester
DS1 = Diode 1N4007
DS2 = Diode 1N4007
DS3 = Diode 1N4148
DS4 = Diode 1N4148
DS5 = Diode 1N4148
DS6 = Diode 1N4148
DS7 = Diode 1N4007
DS8 = Diode 1N4148
DS9 = Diode 1N4148
DS10 = Diode 1N4148
DS11 = Diode 1N4148
DS12 = Diode 1N4148
DL1 = Diode LED rouge
DL2 = Diode LED rouge
DL3 = Diode LED verte
DL4 = Diode LED orange
TR1-TR2 = Transistor PNP BC327
TR3-TR5 = Transistor NPN BC547
IC1 = Intégré LM311
IC2 = Intégré LM311
IC3 = Intégré 7555
S1 = Interrupteur

Divers :
3 supports ci 2 x 4 broches
1 prise banane femelle châssis
1 pointe de touche avec fil et fiche banane
1 pince croco noire avec fil
1 pince croco rouge avec fil
1 coffret sérigraphié
1 circuit imprimé réf. LX.1426


Réalisation pratique
Sur le circuit imprimé double face à trous métallisés LX.1426 fourni dans le kit ou séparément, les composants seront montés en les plaçant comme cela est indiqué sur le schéma pratique de câblage visible à la figure 6.
Même si le montage ne présente pas de difficultés, nous vous conseillons de commencer par l’insertion des trois supports pour les circuits intégrés et de souder la totalité de leurs broches sur les pistes du circuit imprimé.
Après cette opération, vous pourrez insérer les trois diodes en boîtier plastique DS1, DS2 et DS7 en orientant leur repère de positionnement comme cela est représenté sur la figure 6.
Montez maintenant toutes les diodes dont le boîtier est en verre en orientant leur repère de positionnement comme cela est également représenté sur la figure 6.
Poursuivez le montage en insérant toutes les résistances, puis les condensateurs.
A ce propos, nous vous rappelons que pour les condensateurs électrolytiques il faut impérativement respecter la polarité de leurs pattes (patte longue au +) sous peine de les faire chauffer et même parfois, exploser.
Les derniers composants à monter, sont les transistors. Contrôlez attentivement la référence marquée sur leur boîtier.
Placez donc les transistors marqués BC327 (ou leurs équivalents BC328) dans les trous indiqués TR1 et TR2 sans raccourcir leurs pattes et en orientant le côté plat de leur boîtier comme cela est visible sur la figure 6.
Placez aussi les transistors marqués BC547 dans les trous marqués TR3, TR4 et TR5, sans raccourcir leurs pattes et toujours en orientant le côté plat de leur boîtier comme cela est illustré sur la figure 6.
Le montage terminé, vous pouvez insérer chaque circuit intégré dans son support, en orientant le repère-détrompeur en forme de “U” comme cela est indiqué sur la figure 6.

Montage dans le coffret
Tous les composants externes au circuit imprimé : les diodes LED, l’interrupteur S1 et la prise pour la pointe de touche sont fixés sur les deux panneaux du coffret.
Sur le panneau frontal, fixez l’interrupteur S1 et les collerettes chromées pour supporter les diodes LED.
Insérez les diodes LED de couleur rouge, dans les collerettes marquées DL1 et DL2, celle de couleur jaune dans la collerette marquée DL4 et celle de couleur verte dans la collerette marquée DL3.
Avec deux morceaux de fil, reliez leurs deux broches A et K aux pistes du circuit imprimé en faisant attention de ne pas inverser la polarité si vous voulez les voir s’allumer. Comme vous pouvez le voir sur la figure 6, la patte A se reconnaît immédiatement car elle est plus longue que la patte K.
Sur le panneau arrière, vous pouvez fixer la prise pour la pointe de touche, puis, insérez dans le trou situé à gauche, le passe-fil caoutchouc et faites passer à travers les fils rouge et noir pour l’alimentation.
A l’extrémité de ces deux fils, soudez les deux pinces crocodile, qui serviront pour prélever la tension d’alimentation nécessaire pour la sonde directement sur le montage à tester.
Le montage terminé, le coffret fermé, vous pouvez immédiatement passer aux réglages.

Mise au point de la sonde
Si vous avez un circuit numérique à vérifier, reliez la pince crocodile noire à la masse de son circuit imprimé et la pince crocodile rouge à la tension positive d’alimentation.
Si, par inadvertance, vous inversiez les deux fils, cela n’aurait aucune conséquence, ni pour la sonde, ni pour le montage en test car la ligne positive d’alimentation est protégée par une diode placée en série (voir DS7).
Dès que la sonde est alimentée, vous voyez s’allumer la diode LED jaune, qui indique que, sur la pointe de touche, il n’y a aucun niveau logique ni à 1 ni à 0.
Si vous mettez la pointe de touche de la sonde en contact avec la masse, la LED jaune s’éteint et la LED rouge située à droite s’allume pour indiquer que nous avons, sur l’entrée, un niveau logique 0.
Si vous mettez la pointe de touche de la sonde en contact avec le positif de l’alimentation, la LED jaune s’éteint et la LED rouge, située à gauche, s’allume pour indiquer que nous avons sur l’entrée un niveau logique 1.
Lorsque vous déplacez la pointe de touche d’un niveau logique 1 à un niveau logique 0 ou vice-versa, vous verrez également s’allumer, durant quelques secondes, la diode LED verte DL3, car ce circuit détecte également les fronts montants et descendants des deux niveaux logiques.
Dans le cas ou vous n’auriez pas à votre disposition un circuit digital à tester, vous pourrez toujours vérifier si votre montage fonctionne, en appliquant sur les deux fils d’alimentation une tension comprise entre 5 et 12 volts.
En reliant la pointe de touche à la masse, vous verrez s’éteindre la LED jaune, et s’allumer la LED rouge du niveau logique 0.
En reliant la pointe de touche au plus de l’alimentation, vous verrez également s’éteindre la LED jaune et s’allumer la LED rouge du niveau logique 1.

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