Analyseur réseau
Pour bricoler en électronique, le premier appareil de mesure dont on a besoin est un voltmètre.
Ensuite très vite, on a besoin d’un oscilloscope pour voir un peu se qui se passe ou comprendre pourquoi ça ne veut pas marcher.
En électronique analogique on a aussi besoin de pouvoir mesurer les composants passifs : condensateurs, selfs, transformateurs etc … Pour mesurer ces composants on peut acheter ou construire un appareil simple ; mais la mesure est souvent faite à une seule fréquence et ne donne pas d’indication sur les pertes dans le composant.
Pour mesurer les caractéristiques d’un quartz il faut disposer d’un appareil plus sophistiqué .
Pour étudier la stabilité d’une boucle d’asservissement ou pour mettre au point un oscillateur, il faut mesurer avec précision le gain et la phase de la boucle ouverte.
Il est possible de faire ces mesures à l’aide d’un générateur sinusoïdal et d’un oscilloscope mais c’est un travail long et pas très précis et on se décourage très vite.
Il existe un appareil qui facilite bien ces mesures : c’est l’analyseur de réseau
Les analyseurs de réseau du commerce sont généralement très sophistiqués, très performants mais hors de prix pour le bricoleur.
Nous avons donc essayé de fabriquer un petit analyseur de réseau.
L’appareil que nous avons construit est principalement constitué d’un générateur sinusoïdal piloté par un ordinateur personnel, et d’un voltmètre relié au même ordinateur personnel (PC) .
Le voltmètre fonctionne un peu comme un détecteur synchrone, il mesure l’amplitude et la phase du signal à la fréquence du générateur.
La plage de fréquence de mesure s’étend de 200 Hz à 60 MHz. La résolution en fréquence est approximativement de 0.035 Hz.
Avec quelques restrictions, il est possible de faire des mesures jusqu’à 20 Hz.
L’analyseur permet la mesure du gain et de la phase (ou le retard de groupe) des filtres et des amplificateurs ( en fonction de la fréquence ) ; l’échelle des gains peut être linéaire ou logarithmique (échelle en dB) .
Le balayage en fréquence peut être linéaire ou logarithmique .
L’analyseur de réseau permet aussi la mesure des impédances .
On peut choisir d’afficher :
– le module de l’impédance et son argument (phase)
– la partie réelle et la partie imaginaire de l’impédance
– le module et la phase de S11
– pour un condensateur : sa capacité et son facteur de qualité
– pour une self : son inductance et son facteur de qualité
La communication entre le PC et l’analyseur se fait par l’intermédiaire d’un port USB.
Une description de l’appareil , les schémas électriques ainsi que les programmes pour le faire fonctionner sont disponibles (pour Linux et Windows) à la fin de l’article.
Voici quelques mesures que nous avons réalisées avec cet appareil :
Mesure de l’impédance d’un quartz
Autour de 16 MHz , une variation de la fréquence de 36KHz fait passer l’impédance du quartz de 14 ohms à 1,24 Mohms, c’est magique un quartz !
En mesurant la fréquence de la résonance série et la fréquence de la résonance parallèle, en mesurant l’impédance à la résonance série ainsi que de la capacité du quartz (mesurée loin de la résonance), on peut calculer la valeur des paramètres du schéma équivalent de notre quartz.
Mesure de l’impédance à l’entrée d’un câble coaxial avec l’autre extrémité ouverte
(l’échelle des impédances est logarithmique, l’échelle des phases est linéaire).
Le câble mesure 8 m de long, la position des minimas et des maximas est fonction de la longueur du câble. Cette mesure peut permettre de trouver à quelle distance un câble est coupé ou est en court-circuit.
Mesure de l’impédance d’un condensateur polypropylène de 10nF.
Cette mesure a été faite sans calibration.
Une fois que l’acquisition est faite, il est possible d’afficher la mesure dans le format qui nous convient : module et argument de l’impédance, partie réelle et partie imaginaire de l’impédance, capacitance et facteur de qualité …etc
Le résultat de la mesure peut-être sauvegardé sous la forme d’un fichier image avec l’extension .bmp (1024*768) ; ou bien les résultats numériques de la mesure peuvent être enregistrés sous la forme d’un fichier avec l’extension .s1p pour un dipôle ou .s2p pour un quadripôle.
Ces fichiers de type s1p ou s2p peuvent être importés dans des logiciels de simulation comme Qucs, RFSIM99 ou autres .
Mesure de deux filtres passe-bas : fréquence de coupure 10MHz et 20MHz
Les deux mêmes filtres passe-bas mis en série (20dB/division)
Description de l’analyseur, schémas électriques et quelques indications pour utiliser les programmes: anareso_francais_usb.pdf
Les programmes pour windows (sources et exécutables): analyseur_reseau_windows.zip
Les programmes pour linux (UBUNTU)(sources et exécutables) : analyseur_reseau_linux.zip
Les programmes pour programmer l’ATmega168 : prog_atmega.zip
Les circuits imprimes (sous la forme d’images en pdf): circuit_imprime.zip
Quelques photos des cartes
Les accessoires de mesures : accessoires_de_mesure.pdf
Fichiers de mesures : fichiers_de_mesures.zip
Quelques liens
http://www.arduino.cc/ (pour l’interface USB)
http://www.lancos.com/prog.html (pour le logiciel PonyProg)
http://n2pk.com/ (analyseur de réseau très bien documenté et qui a été reproduit un très grand nombre de fois.)
http://www.linear.com/designtools/software/switchercad.jsp
(logiciel de simulation LTspice , très utile pour simuler certaines parties de l’analyseur.)
http://groups.yahoo.com/group/LTspice (groupe d’utilisateurs pour le logiciel LTspice, on y trouve le modèle du MC1496)
http://www.memresearch.com/download.htm (pour le logiciel freeEM3DS que l’on a utilisé pour mettre au point le filtre 150MHz)
http://qucs.sourceforge.net/ (Qucs est un logiciel de simulation qui permet entre autres de faire de la simulation avec les paramètres S)
http://electroschematics.com/835/rfsim99-download/
(pour faire de la simulation avec les paramètres S)
http://contact.tm.agilent.com/Agilent/tmo/an-95-1/ (une explication sur les paramètres S)
[http://www.wetterlin.org/sam/PortView/PortOverview.htm
->http://www.wetterlin.org/sam/PortView/PortOverview.htm ]
(PortView est un programme Windows qui permet la manipulation et l’affichage des paramètres S, pour les dipôles et les quadripôles)