lundi 20 octobre 2014

Alimentation stabilisée

Une alimentation stabilisée est de loin un des appareils les plus utilisé lors de la phase de prototypage des circuits électroniques. Il a pour rôle de fournir une énergie contrôlable au montage en assurant une sécurité minimale de l'installation. D'une manière générale, un tel générateur se comporte soit comme une source de tension idéale, soit comme une source de courant idéale. Dans le premier cas, une tension constante est assurée pour un courant variable en fonction de la charge. Dans le deuxième cas, un courant constant alors que la tension peut varier.

Dans la pratique, une alimentation stabilisée sert a produire une tension stable pour un courant variable. Cependant, en fonction de la charge le courant non contrôlé dans ce cas peut endommager le montage lorsqu'il existe un court-circuit. Afin de palier ce risque on utilise souvent un circuit permettant de limiter le courant délivré. On parle ainsi d'une source de tension avec une limitation de courant.

Il existe plusieurs façon de réaliser un telle alimentation, mais une des plus simple consiste à utiliser un régulateur de tension variable LM317. Le datasheet de ce composant présente deux formules et montages qui nous intéresse particulièrement. Le premier où il fonctionne en source de courant (fig. 1) et sert à limiter le courant délivré. Le deuxième où il fonctionne comme une source de tension stable (fig. 2).

fig. 1 fig. 2

Mise en cascade, ces deux circuits permettent d'obtenir une tension stable et limitée en courant. Ici je propose un schéma (fig. 3) de générateur capable de fournir les tensions fixes de 3V , 5V, 9V, 12V ainsi qu'une tension variable de 1.25V à 15V. La limitation en courant peut également être choisi entre 10mA, 100mA, 500mA et 1A.

fig. 3

Afin de pouvoir connecter un afficheur électronique qui donne l'information sur la tension et le courant délivrés, il est nécessaire d'avoir une autre source de tension stable, disons 9V.

Pour produire une tension de 15V pour un courant de 1A il faut que le transformateur puisse les fournir. Sachant que le LM317 provoque une chute de tension entre IN et OUT, il faut qu'il soit légèrement surdimensionné. La tension d'entrée doit également être redressée, donc continue. Pour ma part j'ai trouvé un transformateur avec un pont de diodes capable de produire une tension de 18V pour un peu moins de 1A.

Les LM317 pendant le fonctionnement vont dissiper une puissance égale à (Vout-Vin)*I. Après un calcul sur chacun des régulateur il à été constaté que le refroidissement actif doit être rajouté. Il sera constitué d'un ventilateur et les dissipateurs fixés sur les LM317. Le ventilateur sera connecté à la tension indépendante de 9V au même titre que l’afficheur.

Les composants nécessaires à la fabrication sont les suivants:

  • LM317 : 3pcs
  • Condensateurs : 1uF x 2pcs, 10uF, 1000uF
  • Résistances 1W : 2.5Ω x 3pcs
  • Résistances 0.25W : 12Ω , 120Ω, 100Ω, 270Ω, 560Ω, 620Ω, 1500Ω, 2200Ω
  • Potentiomètres : 10kΩ x 4pcs
  • fusible, afficheur, ventilateur, dissipateurs, borniers etc..

Une fois l'alimentation réalisée, elle nécessite d'être calibrée. Au moyen des potentiomètres RV1..4 et d'un multimètre, les tensions correspondantes peuvent alors être obtenues avec une grande précision.

Images

jeudi 16 octobre 2014

Description et test du nouveau miniVNA Tiny

Présentation générale

Cette année le marché des analyseurs de réseaux pour les amateurs a enfin été complété par une version capable d'atteindre la bande de fonctionnement du WiFi. Le nouveau produit conçu par une entreprise allemande mRS se nomme miniVNA Tiny. Ce nouveau-né surprend par ses dimensions et ses performances à la fois. Le fabriquant promet un fonctionnement de 1MHz jusqu'à 3GHz ce qui permet de profiter non seulement de la bande des radioamateurs mais aussi et surtout de la bande ISM autour de 2.4GHz.

Un autre point important qui concerne ce type d'appareils est son prix. Pour ma part j'ai pu profiter de l'offre de lancement sur le site de wimo qui les proposait à 360 euros ce qui est remarquablement peu cher pour un VNA.

Modification du boîtier

Bien évidemment, à ce prix le produit possède quelques imperfections. La première chose qui saute au yeux c'est le boitier en plastique transparent qui permet de constater l'absence totale de blindage électromagnétique du VNA, qui reste un appareil de mesure sensible à l'environnement.

Alors qu'il est difficile de bien isoler la partie analogique de la partie numérique à l'intérieur de l'appareil, qui peut venir rajouter le bruit EM, il est possible de minimiser les rayonnements parasites provenant de l’extérieur. L'idée était de préserver l'appareil dans l'état original, mais l'encastrer dans un boitier en aluminium. L'utilisation d'un boitier plus grand a également permis de modifier la connectique de l'appareil, à savoir transformer les connecteur SMA qui peuvent être fragilisés avec le temps en connecteurs de type N. Pour préserver la possibilité de mesurer les appareils terminés par des connecteurs SMA ou BNC, un jeux d'adaptateurs de types N-SMA et N-BNC a été acheté.


Présentation du logiciel

Le VNA est piloté à partir de "vna/J", application téléchargeable sur le site de mRS qui fonctionne sous Windows, Linux et MacOS. Elle offre une interface graphique instinctive et efficace qui permet une calibration et une mesure rapide. La calibration est réalisée à l'aide d'un jeux de cales Open/Short/Load, ce qui pour un VNA destiné aux amateurs mérite des compliments. Quant aux résultats de mesures, ils peuvent être sauvegardés sous plusieurs formats comme JPEG, EXCEL, ZPLOT, S2P, PDF.

Interface du vna/J

Calibration

Il existe deux modes de calibration, le Mode 1 permet de subdiviser la bande totale de 1MHz-3GHz en plusieurs sous-bandes avec le nombre de points différent pour augmenter la précision localement. Le Mode 2 permet une discrétisation homogène de toute la bande, avec plusieurs cycles de calibration (overscans) pour obtenir un résultat moyen à la fin.

Menu de la calibration

Le résultat de la calibration permet d'observer un autre défaut de l'appareil qui est dû à la méthode de balayage de fréquence. En effet pour permettre un fonctionnement sur la bande de fréquences annoncée, au lieu d'utiliser un seul oscillateur qui couvrirait tout le bande, le constructeur à choisi l'utilisation de plusieurs oscillateurs moins performants. A l'aide de multiplicateurs de fréquence ces oscillateurs mises en cascade se relient de façon à produire les fréquences de 1MHz à 3GHz. En revanche ce procédé nécessite la commutation entre les oscillateurs ce qui provoque des sauts de phase qui sont visibles lors de la calibration (fig 1) mais aussi lors des mesures (fig 2, fig 3, fig 4). *Ce défaut à été corrigé d'une manière logicielle à partir de la version 3.1 de vna/j, désormais l'effet de la commutation n'est plus visible lors de la mesure.

fig 1. Calibration open

Le basculement entre les oscillateurs à lieu à des fréquences autour de 1GHz et 1.5GHz.

fig 2. Open fig 3. Short
fig 4. Load


Ce défaut peut être corrigé/atténué en jouant avec le nombre de points lors de la calibration et les sous-intervalles du Mode 1. Le désactivation du filtrage réduit également l'amplitude des pics (fig 5, fig 6). Outre que ces deux fréquences où la mesure risque d'être erronée, mon exemplaire possède un autre pic au tout début de la bande, proche de 1MHz.

fig 5. Load fig 6. Load smith

Mesure du S11 des antennes WiFi

Dans cette partie trois antennes résonantes dans la bande 2.4GHz serons mesurées en réflexion.

Antenne 1
Monopole lambda/4
Provenance: ebay (chine)
Prix: 2.35 € (16/10/2014)


Antenne 2
Monopole lambda/4
Provenance: ebay (chine)


Antenne 3
Patch à rayonnement dépointé
Provenance: fabriquée à l'université


Comparaison

Afin d'évaluer la précision du Tiny, la mesure d'une résistance de 10 Ohms entre 2 et 30 MHz a été faite et comparée avec Agilent N9913A.

miniVNA Tiny Agilent N9913A

Comme on peut le constater, la différence entre les valeurs des impédances mesurées est plus que correcte pour la plupart des bricoles
à 2MHz : 10.7-j2 (Tiny) et 10.72+j0.24 (N9913A)
à 30MHz : 9.5+j2.5 (Tiny) et 10.09+j4.58 (N9913A)

Conclusion

En conclusion on peut dire que malgré quelques défauts constatés, comme l'absence de l'écranisation et la présence de pics à des certaines fréquences, le miniVNA Tiny est un très bon appareil. Ces performances et la facilité d'utilisation le rend très intéressant pour les radioamateurs et les étudiants qui souhaitent améliorer leurs connaissances en circuits RF. Avec la bande de fréquence allant jusqu'à 3 GHz il est désormais possible de mesurer ces propres antennes WiFi sans sortir de chez sois et pour un coup abordable.

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