Merge branch 'main' of https://git.plomfab.ovh/ddr/SondeDifferentielle
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@@ -14,25 +14,25 @@ Nous n'avons pas besoin de très hautes performances ni de très hautes tension.
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Le design part d'une base d'un "Amplificateur de mesure" à 3 amplificateurs opérationnels
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Le design part d'une base d'un "Amplificateur de mesure" à 3 amplificateurs opérationnels
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Le gain typique pour un tel amplificateur est calculé avec la formule suivante :
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Le gain typique pour un tel amplificateur est calculé avec la formule suivante :
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Considérons que l'on prennes des ampli opérationnels de type TL071, qui sont vraiment des entrées de gamme peu chers. Alors nous devons retenir les limitations suivantes :
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Considérons que l'on prennes des ampli opérationnels de type TL071, qui sont vraiment des entrées de gamme peu chers. Alors nous devons retenir les limitations suivantes :
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1) Si on alimente l'ampli op avec une tension de +/-5V alors nous sommes limités sur l'amplitude de la tension de sortie à environ +/-4.8V jusqu’à 200kHz. Donc si on souhaite mesurer des fréquences plus grande l'amplitude de sortie sera limité.
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1) Si on alimente l'ampli op avec une tension de +/-5V alors nous sommes limités sur l'amplitude de la tension de sortie à environ +/-4.8V jusqu’à 200kHz. Donc si on souhaite mesurer des fréquences plus grande l'amplitude de sortie sera limité.
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2) Il est intéressant de ne pas avoir un gain trop différent de 1 pour éviter de se limiter sur la bande passante en boucle fermée. Ici on voit que pour un gain de 1, on arrive jusqu’à 1 MHz, mais si le gain est fort (montré sur l'image a 10) alors la bande passante basse a quelques centaines de kHz
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2) Il est intéressant de ne pas avoir un gain trop différent de 1 pour éviter de se limiter sur la bande passante en boucle fermée. Ici on voit que pour un gain de 1, on arrive jusqu’à 1 MHz, mais si le gain est fort (montré sur l'image a 10) alors la bande passante basse a quelques centaines de kHz
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Pour mesurer des tension plus importantes, nous avons besoin d'un pont diviseur en entrée. Ci-dessous un petit circuit [modélisé avec circuitLab](https://www.circuitlab.com/)
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Pour mesurer des tension plus importantes, nous avons besoin d'un pont diviseur en entrée. Ci-dessous un petit circuit [modélisé avec circuitLab](https://www.circuitlab.com/)
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En première partie a gauche un diviseur de tension par 100 avec des résistances de 5 MΩ et de 50 kΩ
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En première partie a gauche un diviseur de tension par 100 avec des résistances de 5 MΩ et de 50 kΩ
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Sur la droite un amplificateur de mesure avec une résistance Rgain infinie (non connectée) et donc un gain de : Gain = (1 + 2 * R1 / Rg) (R3 / R2) ==> Gain = R3/R3 = 1
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Sur la droite un amplificateur de mesure avec une résistance Rgain infinie (non connectée) et donc un gain de : Gain = (1 + 2 * R1 / Rg) (R3 / R2) ==> Gain = R3/R3 = 1
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@@ -42,19 +42,19 @@ En combinant les deux, nous avons bien une sonde divisant la tension par 100 et
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Etant donné que dans l'ampli op lui même, les entrées on une capacité parasite, le signal sera perturbé par ces capacités qui agiront comme un filtre passe bas.
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Etant donné que dans l'ampli op lui même, les entrées on une capacité parasite, le signal sera perturbé par ces capacités qui agiront comme un filtre passe bas.
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Ces capacités parasites peuvent être modélisées ainsi aux entrées de l'amplificateur opérationnel. Il y a une capacité de chaque entrée par rapport au GND appelée "common-mode" capacitance et une capacité entre les entrées appelée "differntial capacitance"
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Ces capacités parasites peuvent être modélisées ainsi aux entrées de l'amplificateur opérationnel. Il y a une capacité de chaque entrée par rapport au GND appelée "common-mode" capacitance et une capacité entre les entrées appelée "differntial capacitance"
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Pour les compenser, un pont diviseur capacitif sera placé en parallèle des résistances
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Pour les compenser, un pont diviseur capacitif sera placé en parallèle des résistances
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Son objectif est de compenser le signal de manière à ce qu'il reste propre et que le couple résistances d'entrées + ampli op n'agissent pas comme un filtre passe bas écrasant la réponse en fréquence.
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Son objectif est de compenser le signal de manière à ce qu'il reste propre et que le couple résistances d'entrées + ampli op n'agissent pas comme un filtre passe bas écrasant la réponse en fréquence.
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Pour calculer les valeurs du pont capacitif nous avons besoin de compenser les 2 pF en mode commun des entrées de l'ampli opérationnel. Etant donné notre ratio désiré de 1/100 cela signifie que nous aurions besoin en entrée d'avoir 0.02 pF ce qui est impossible à réaliser.
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Pour calculer les valeurs du pont capacitif nous avons besoin de compenser les 2 pF en mode commun des entrées de l'ampli opérationnel. Etant donné notre ratio désiré de 1/100 cela signifie que nous aurions besoin en entrée d'avoir 0.02 pF ce qui est impossible à réaliser.
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@@ -77,7 +77,7 @@ Le schéma proposé par lbarbisch reprends les hypothèses ci-dessus. Plusieurs
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Pourquoi retirer les diodes de protection sur les entrées des amplificateurs opérationnels ? Ces diodes ont une capacitance qui est non-négligeable de l'ordre de 300 pF @ 0 V à 100 pF @ 5 V.
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Pourquoi retirer les diodes de protection sur les entrées des amplificateurs opérationnels ? Ces diodes ont une capacitance qui est non-négligeable de l'ordre de 300 pF @ 0 V à 100 pF @ 5 V.
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Je pense que dans le design proposé, ces diodes n'ont pas été prises en compte dans la compensation avec les capacités d'entrée. Etant donné que leur capacité change avec la tension inverse appliquée à la diode, elles sont quasi-impossibles à compenser.
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Je pense que dans le design proposé, ces diodes n'ont pas été prises en compte dans la compensation avec les capacités d'entrée. Etant donné que leur capacité change avec la tension inverse appliquée à la diode, elles sont quasi-impossibles à compenser.
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## Modélisation
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## Modélisation
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@@ -89,15 +89,15 @@ Dans KiCad un schéma à été réalisé pour recopier le design original. Quelq
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- Les résistances sont toutes prise a 1% au lieu des 0,1% recommandées.
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- Les résistances sont toutes prise a 1% au lieu des 0,1% recommandées.
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- Les packages des résistances et condensateurs sont tous 805 ou 1206, c'est un peu plus grand mais beaucoup plus simple a souder à la main.
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- Les packages des résistances et condensateurs sont tous 805 ou 1206, c'est un peu plus grand mais beaucoup plus simple a souder à la main.
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Le PCB est légèrement agrandi pour faire rentrer les composants plus gros en package CMS 805, le design original prend des composants discrets en taille 603 que je n'ai pas envie de souder à la main.
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Le PCB est légèrement agrandi pour faire rentrer les composants plus gros en package CMS 805, le design original prend des composants discrets en taille 603 que je n'ai pas envie de souder à la main.
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Les circuits imprimés sont envoyés pour préparation chez JLCPCB, vu le prix et la qualité du résultat il ne faut plus hésiter.
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Les circuits imprimés sont envoyés pour préparation chez JLCPCB, vu le prix et la qualité du résultat il ne faut plus hésiter.
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## Fabrication
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## Fabrication
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@@ -112,52 +112,52 @@ Pour la fabrication, je recommande de procéder dans cet ordre :
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Je commence par le tri des composants, et l'organisation de ma pince et de la pâte a souder
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Je commence par le tri des composants, et l'organisation de ma pince et de la pâte a souder
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Ensuite on place des petites gouttes de pâte sur toutes les pastilles d'une face, il ne faut vraiment pas en mettre beaucoup.
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Ensuite on place des petites gouttes de pâte sur toutes les pastilles d'une face, il ne faut vraiment pas en mettre beaucoup.
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Ensuite, sélectionner les composants et les placer dans la pâte
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Ensuite, sélectionner les composants et les placer dans la pâte
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Puis mettre de l'air chaud pour faire fondre l'étain. Avec la tension de surface de l'étain fondu, les composants vont se centrer et se mettre d'équerre par rapport aux pastilles.
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Puis mettre de l'air chaud pour faire fondre l'étain. Avec la tension de surface de l'étain fondu, les composants vont se centrer et se mettre d'équerre par rapport aux pastilles.
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Faire cela pour tous les composants CMS, puis souder le reste des gros éléments
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Faire cela pour tous les composants CMS, puis souder le reste des gros éléments
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Et en dernier on soude le blindage pour protéger les ampli-op de potentielles perturbations électromagnétiques.
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Et en dernier on soude le blindage pour protéger les ampli-op de potentielles perturbations électromagnétiques.
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Et on est confiant, on teste avec du 230Vac directement. La forme d'onde et l'amplitude sont cohérents
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Et on est confiant, on teste avec du 230Vac directement. La forme d'onde et l'amplitude sont cohérents
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## Modélisation 3D
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## Modélisation 3D
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KiCAD permet d’exporter un modèle 3D, de cela on va designer un boitier autour. Je reprend quand même quelques cotes au pied a coulisse car la hauteur du modèle 3D du BNC n'est pas exacte par exemple.
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KiCAD permet d’exporter un modèle 3D, de cela on va designer un boitier autour. Je reprend quand même quelques cotes au pied a coulisse car la hauteur du modèle 3D du BNC n'est pas exacte par exemple.
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Le modèle 3D est importé dans Fusion360 pour designer le boitier. Le concept est le suivant :
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Le modèle 3D est importé dans Fusion360 pour designer le boitier. Le concept est le suivant :
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- Un côté pour la partie "haute tension"
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- Un côté pour la partie "haute tension"
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- L'autre côté pour les alimentations USB et le BNC
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- L'autre côté pour les alimentations USB et le BNC
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- Sur le couvercle un emplacement pour ranger le petit cordon USB-C permettant de chaîner l'alimentation des boîtiers
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- Sur le couvercle un emplacement pour ranger le petit cordon USB-C permettant de chaîner l'alimentation des boîtiers
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Impression 3D du boitier en PLA blanc, le couvercle ayant une forme assez tordue comporte beaucoup de supports.
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Impression 3D du boitier en PLA blanc, le couvercle ayant une forme assez tordue comporte beaucoup de supports.
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On intègre ensuite les circuits dans chaque boitier
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On intègre ensuite les circuits dans chaque boitier
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## Essais
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## Essais
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@@ -165,22 +165,22 @@ Afin de valider que les mesures sont à peu près correctes pour mon usage, j'ut
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Cela permet de tracer une courbe de réponse en fréquence pour les sondes.
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Cela permet de tracer une courbe de réponse en fréquence pour les sondes.
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On peut remarquer que pour deux sondes sur 3, la réponse en fréquence arrive convenablement jusqu’à 2 MHz, cependant pour la sonde #2 tout s'écroule à 300 kHz.
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On peut remarquer que pour deux sondes sur 3, la réponse en fréquence arrive convenablement jusqu’à 2 MHz, cependant pour la sonde #2 tout s'écroule à 300 kHz.
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La différence entre ces sondes est que pour les sondes 1 et 3 j'avais des composants d'un bon fournisseur DigiKey, pour la sonde 2 j'ai utilisé des composants Aliexpress, et en fait les ampli-op livrés par les chinois sont des faux... Ils ne tiennent pas les spécifications qu'ils devraient d'après leur référence. Cela fait maintenant deux fois que je tombe sur des faux composants sur AliExpress...
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La différence entre ces sondes est que pour les sondes 1 et 3 j'avais des composants d'un bon fournisseur DigiKey, pour la sonde 2 j'ai utilisé des composants Aliexpress, et en fait les ampli-op livrés par les chinois sont des faux... Ils ne tiennent pas les spécifications qu'ils devraient d'après leur référence. Cela fait maintenant deux fois que je tombe sur des faux composants sur AliExpress...
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A l'oscilloscope on voit aussi clairement que la sonde 2 à une grosse atténuation et un gros déphasage a 1 MHz. En bleu la source issue du GBF, en Jaune la sonde 1, en cyan la sonde 2 et en violet la sonde 3.
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A l'oscilloscope on voit aussi clairement que la sonde 2 à une grosse atténuation et un gros déphasage a 1 MHz. En bleu la source issue du GBF, en Jaune la sonde 1, en cyan la sonde 2 et en violet la sonde 3.
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Concernant le temps de montée, il est acceptable pour les sondes 1 et 3, et encore une fois la sonde 2 peine a monter dans un temps correct.
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Concernant le temps de montée, il est acceptable pour les sondes 1 et 3, et encore une fois la sonde 2 peine a monter dans un temps correct.
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C'est une certitude que les ampli-op livrés par AliExpress sont des contrefaçon ou du moins sont hors tolérence.
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C'est une certitude que les ampli-op livrés par AliExpress sont des contrefaçon ou du moins sont hors tolérence.
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