Un selfmètre capacimètre précis

Pour un euro de plus, il est possible de transformer votre selfmètre, paru dans l'article "Un selfmètre HF ou comment mesurer la valeur d’une bobine haute fréquence", en un selfmètre-capacimètre des plus précis, capable de mesurer les valeurs capacitives allant de 2,7 pF jusqu’au-delà de 39 nF !

Vous avez été nombreux, une fois encore, en particulier les aficionados de HF, à nous demander de compléter le selfmètre HF de l'article "Un selfmètre HF ou comment mesurer la valeur d’une bobine haute fréquence" en capacimètre précis pour la mesure des faibles et moyennes capacités.

Notre réalisation
Nous avons donc conçu une modification du circuit d’origine qui vous permettra, en ajoutant une self et en remplaçant l’interrupteur S1 par un bipolaire à zéro central, de transformer votre selfmètre en selfmètre/capacimètre. La lecture de l’article "Un selfmètre HF ou comment mesurer la valeur d’une bobine haute fréquence", sera bien utile à ceux qui monteront directement cette version double usage.

Le schéma électrique du contrôleur de valeur inductive
La seule différence entre le schéma électrique de l'article "Un selfmètre HF ou comment mesurer la valeur d’une bobine haute fréquence", figure 2 et celui de la figure 1 de cet article-ci, est l’inverseur à levier S1. Dans le schéma d’origine, en effet, se trouve un simple inverseur à deux positions, utilisé pour mettre en parallèle au condensateur C1 de 82 pF un condensateur C2 de 1 nF, de façon à faire osciller toutes les selfs de 1 μH à 470 mH. Pour modifier le schéma, il faut seulement remplacer l’inverseur à deux positions par un à trois positions, soit à zéro central. Quand cet inverseur est mis en position centrale, le circuit est utilisé pour faire osciller toutes les selfs de 0,56 μH à 470 mH, quand en revanche il est mis sur C2 on peut faire osciller n’importe quelle self de 10 μH à 470 mH. Quand l’inverseur est mis sur la self de 100 μH JAF2, ce selfmètre devient un capacimètre. En effet, pour lire la fréquence produite, il suffit de relier à la BNC de sortie un fréquencemètre numérique précis, ensuite, avec la formule cidessous, il est aisé de connaître la capacité exacte en pF :
pF = 25 300 : (MHz x MHz x 100) – 95
Le nombre 95 tient compte de la somme des capacités parasites et de C1 (82 pF), cette capacité parasite tournant autour de 13 pF dans notre montage prototype. Si votre propre montage comporte une capacité parasite supérieure ou inférieure, elle le sera de si peu que la précision obtenue vous satisfera amplement. Si l’on n’insère aucun condensateur entre les deux douilles XL - XC, le fréquencemètre numérique relié à la sortie indique une fréquence très proche de 1,6313 MHz car, avec notre C1 de 82 pF, une capacité parasite de 13 pF et une self de 100 μH, le circuit produit une fréquence de :
159 racine carrée de (82 + 13) x 100 = 1,6313 MHz.
En insérant entre les deux douilles un condensateur de valeur inconnue, si nous lisons sur le fréquencemètre numérique 1,5516 MHz (voir figure 5), pour trouver la valeur de la capacité il faut procéder ainsi :
1 - si nous élevons tout de suite au carré le nombre 1,5516, nous obtenons 1,5516 x 1,5516 = 2,4074,
2 - si nous multiplions alors le nombre obtenu par 100, valeur en μH de la self, nous obtenons le résultat final 2,4074 x 100 = 240,74,
3 - si nous divisons le nombre 25 300 par 240,74 nous obtenons 25 300 : 240,74 = 105,092,
4 - de ce nombre nous pouvons soustraire la capacité parasite de 95 pF et donc notre condensateur aura une capacité de 105,092 – 95 = 10,092 pF, soit 10 pF.

Nous vous rappelons que la valeur de la fréquence à utiliser dans la formule ci-dessus doit toujours être exprimée en MHz et donc quand nous dépasserons 160 pF, la fréquence lue sur le fréquencemètre numérique sera exprimée en kHz, qu’il faudra convertir en MHz en la divisant par 1 000.
Afin d’éviter cette division, il suffit d’ajouter sur la gauche un 0 suivi d’une virgule. Par exemple, si nous lisons sur l’afficheur 832,24 (voir figure 6), pour connaître la valeur de la capacité du condensateur inconnu, nous devons procéder comme suit :
1 - si nous convertissons le nombre 832,24 de kHz en MHz, nous avons 0,83224,
2 - si nous élevons au carré le nombre 0,83224, nous obtenons 0,83224 x 0,83224 = 0,692623,
3 - si nous multiplions le nombre obtenu par 100, valeur en μH de la self, nous obtenons 69,2623,
4 - si nous divisons 25 300 par ce nombre, nous obtenons 25 300 : 69,2623 = 365,278,
5 - si nous ôtons de ce nombre la capacité parasite, nous obtenons 365,278 – 95 = 270,278, soit 270 pF.
Ne soyez pas trop étonnés si, en mesurant la valeur de la capacité d’un condensateur, vous trouvez un nombre complètement différent de celui qui est imprimé sur son enrobage car, vous le savez, tous les condensateurs ont des tolérances en + ou en – pouvant atteindre 5, 10 ou 20 %. Donc, dans le cas d’un condensateur de 270 pF, nous pourrions relever les capacités suivantes :
- de 257 à 280 pF si la tolérance est de 5 %,
- de 250 à 290 pF si la tolérance est de 10 %,
- de 230 à 300 pF si la tolérance est de 20 %.

Figure 1 : Schéma électrique du selfmètre de l'article "Un selfmètre HF ou comment mesurer la valeur d’une bobine haute fréquence" transformé en capacimètre. Vous devez seulement remplacer l’inverseur S1 par un autre à 0 central (soit à trois positions), puis utiliser une petite self de 100 μH JAF2, en la plaçant comme le montre le schéma d’implantation des composants de la figure 3a.

Liste des composants
R1 = 2,7 kΩ
R2 = 56 kΩ
R3 = 100 Ω
R4 = 330 Ω
R5 = 680 Ω
R6 = 2,2 kΩ
C1 = 82 pF céramique
C2 = 1nF polyester
C3 = 10 μF électrolytique
C4 = 100 nF polyester
C5 = 10 nF polyester
C6 = 100 nF polyester
C7 = 100 nF polyester
C8 = 1 μF polyester
C9 = 100 μF électrolytique
JAF1 = self 18 μH
JAF2 = self 100 μH
DL1 = LED rouge 5 mm
IC1 = intégré μA720
S1 = inverseur à 0 central
S2 = interrupteur
Divers
1 boîtier avec faces métal
1 équerre porte-pile
1 prise pour pile 9 V
1 prise BNC
1 douille banane rouge
1 douille banane noire
1 fiche banane rouge
1 fiche banane noire
2 pinces croco


Figure 2 : Brochage du circuit intégré μA720 (ou UA720, c’est le même) vu de dessus et point repère-détrompeur (ou repère-détrompeur en U selon modèle) vers le haut.

La réalisation pratique 
Si vous n’avez pas déjà monté le selfmètre de l'article "Un selfmètre HF ou comment mesurer la valeur d’une bobine haute fréquence", procurez-vous tout le matériel nécessaire pour le monter (la figure 3b donne le dessin, à l’échelle 1, du circuit imprimé), mais remplacez l’inverseur S1 par un modèle à position centrale de repos (c’est-à-dire à trois positions) et ajoutez une self enrobée JAF2 de 100 μH : ainsi vous aurez en plus la fonction capacimètre.
Comme le montre la figure 3a, l’ajout à ce circuit des deux composants ci-dessus mentionnés est particulièrement facile. Comme le montre la figure 4, en face avant remplacez S1 à deux positions par un autre S1 à trois positions : cela vous permettra d’insérer, S1 étant en position XC, la petite self enrobée de 100 μH, située entre la broche externe de S1 et la douille rouge (voir figure 3a). Cette self de 100 μH s’ajoute donc à celles qu’il vous faut pour réaliser l’appareil de mesure. Ces trois composants sont marqués par des points de couleurs :
47 μH = jaune-violet-grand point noir
100 μH = marron-noir-grand point marron
330 μH = orange-orange-grand point marron.

Note : le fréquencemètre numérique que nous avons utilisé pour les mesures d’inductance et de capacité est le EN5048, dont la réalisation sera décrite dans l’une des prochaines leçons de notre Cours : un peu de patience, donc, avant de vous voir proposer son analyse et sa réalisation.

Afin de vous rendre les choses plus faciles, nous donnons dans le tableau 1 la valeur de la fréquence que vous lirez sur le fréquencemètre numérique (deuxième colonne) et, en face, la capacité correspondante (première colonne). À cause des tolérances imparables, vous aurez du mal à lire exactement les valeurs de fréquence que nous indiquons mais, grâce à ce tableau 1, vous pourrez établir, sans calcul, la valeur exacte du condensateur en examen. Si un condensateur fait afficher une fréquence de 0,4611 MHz, par exemple, dans le tableau, vous trouverez 0,4804 pour une capacité de 1 000 pF (1 nF) et 0,4418 pour 1 200 pF (1,2 nF) : le nombre 0,4611 est compris entre ces deux valeurs et nous pouvons affirmer que le condensateur a une capacité de 1,1 nF environ, car (1 000 + 1 200) : 2 = 1 100 pF.

Figure 3a : Schéma d’implantation des composants du selfmètre/capacimètre.
La self JAF2 de 100 μH doit être soudée entre la borne extrême XL du nouvel inverseur S1 à 0 central et la douille rouge d’entrée de mesure. Pour lire la fréquence produite, il suffit de relier n’importe quel fréquencemètre numérique à la BNC de sortie. L’équerre porte-pile en aluminium est fixée côté composant du circuit imprimé par deux boulons 3MA. Elle constitue une cloison délimitant le compartiment de la pile 6F22 de 9 V.

Figure 3b : Dessin, à l’échelle 1, du circuit imprimé du self/capacimètre.

Figure 4 : En face avant du boîtier, vous devez seulement ajouter XC et XL. XC quand l’inverseur S1 relie la self JAF2 de 100 μH aux broches 3 et 2 de l’étage oscillateur IC1 (voir figure 1) et XL lorsqu’en revanche il relie le condensateur C2.

Figure 5 : Si vous lisez sur le fréquencemètre numérique 1,5516 MHz, le condensateur a une capacité de 10 pF. Lisez dans l’article l’explication et voyez la valeur reportée dans le tableau 1.

Figure 6 : Si vous lisez sur le fréquencemètre numérique 832,24 kHz, vous devez convertir cette valeur en MHz en la divisant par 1 000. Pour une fréquence de 0,83224 MHz, la valeur du condensateur est de 270 pF.

1 commentaires:

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