Version "USB
Embarqué".
Général.
Pour
mesurer un tube électronique diode il faut lui appliquer une
tension de chauffage et une tension d'anode puis mesurer le courant qui
le traverse en fonction de cette tension.
Génération
de
la
tension de chauffage
Un
transformateur fournit de 1,5v à 6,5v jusqu'à 3
Ampères selon les prises utilisées et un
générateur de courant permet d'alimenter sous 100, 150 ou
300mA les tubes prévus pour un chauffage en série
jusqu'à 50V
Génération
de
la
tension d'anode
La tension
d'anode provient d'un transformateur à enroulements multiples
sélectionnés par un commutateur et appliquée
à un redresseur double alternance en pont (D9) mais non
filtrée.
Ainsi l'anode reçoit une tension variant de 0v à la
valeur crête en passant par toutes les valeurs
intermédiaires en 5 millisecondes puis revient à 0 dans
le même temps.
Une résistance à la base du pont (R32,R33) permet de
mesurer le
courant consommé, il suffit de mesurer simultanément le
courant et la tension aussi souvent que possible pour obtenir une
série de couples représentant la caractéristique
d'anode du tube en test.
Une simple carte son est capable de capturer 50 de ces couples en 5
millisecondes avec une (modeste) fréquence
d'échantillonage de 10Khz.
Le logiciel les affiche alors sous forme d'une courbe IP fonction de VP.
C'est tout pour une diode.
Pour obtenir les caractéristiques complètes d'une triode
il faut recommencer le processus pour diverses tensions de grille et,
pour une tétrode ou une pentode, avec diverses tension
d'écran.
Le circuit Burr Brown / Texas Instruments PCM2904 intègre une
interface USB et les convertisseurs Numérique/Analogique et
Analogique/Numérique qui forment la base d'une carte son.
Le PCM2904 est
entièrement alimenté par la liaison USB et
ne nécessite qu'un quartz 12Mhz et quelques composants passifs
pour fonctionner et être vu par le système d'exploitation
comme une carte son générique ne nécessitant pas
de driver spécifique.
Il reçoit sur ses entrées gauche et droite respectivement
une fraction (R19 + R20 / R21) de la tension d'anode, et celle
résultant de la mesure du courant.
Les diodes zéners sont là pour limiter ces tensions en
cas d'anomalie.
Elles doivent être centrées autour de +2 volts ce qui
explique la présence des condensateurs C12 et C13. La composante
continue est perdue mais reconstituée par le logiciel.
L'inverseur Ia/Ig2 permet de mesurer soit la courant d'anode, soit le
courant de g2.
Les
tensions
(gauche et droite) fournies par le PCM2904 évoluent de +/- 1V
autour
d'une référence interne (disponnible) de +2V et sont ici
utilsées
respectivement pour générer les tensions de grille et
d'écran du tube à mesurer.
Génération
des
tensions
de grille et d'écran.
Le logiciel
fait apparaitre deux tensions continues variables aux
broches de sortie analogiques Gauche et Droite du PCM2904 qui vont
simplement être amplifiées pour alimenter la grille et
l'écran du tube en test.
Les plages de
tension de grille et d'écran ciblées sont respectivement
+10V à - 150V et 0 à +400V.
Générateur
de
Tension
de grille.
Une tension
continue variant de +10 à -150V doit donc être
obtenue à partir de la tension de +1 à +3V
délivrée par le PCM2904 sur sa broche 16.
La broche 17 est
la tension de référence interne autour de laquelle
évolue la tension de sortie.
Il faudra un
circuit disposant d'un gain moyen de 80 et pouvant
délivrer un courant d'une centaine de milliampères en
régime de grille positive.
Une paire de
MOSFETS canal P (Q1 et Q3) associée à une
source de courant (Q2) dans les sources forme l'étage
d'entrée différentiel alimenté à partir de
deux tensions +15 et -150V régulées respectivement par U2
et Q7, Q8.
L'étage
de gain est constitué par Q6 qui sert
également de "pull down" pour la tension de sortie à
travers D1.
Un
émetteur suiveur (Q5) fournit le courant nécessaire
à la grille du tube en test lorsque la tension de sortie devient
positive.
Le tout n'est
rien d'autre qu'un amplificateur opérationnel
spécialisé pour fournir la tension et le courant
ciblés.
Le gain est
fixé par le rapport des résistances
d'entrée (R12) et de contre réaction constituées
par R15, R16 et le MOSFET Q4.
Son rôle
est de modifier le gain en fonction de la tension de
sortie afin d'améliorer la précision pour les faibles
valeurs de tension de grille, une erreur de quelques volts autour de
-150V étant sans conséquence alors que quelques dizaines
de millivolts sont tout juste tolérables aux environs de 0V.
Un gain moins
important tend à masquer les inévitables
dérives du PCM2904 et de l'amplificateur opérationnel lui
même.
Un dispositif
non linéaire est donc introduit dans la boucle de
contre réaction et fonctionne comme suit:
Q4 est un MOSFET
canal P à enrichissement, il est donc
normalement bloqué tant que sa tension gate/drain est
infèrieure à un seuil de l'orde de 3 volts.
Sans courant le
traversant, sa source est à +15V et sa gate
reçoit via R16 et le diviseur R8/R7 une tension proportionelle
à la tension de sortie.
Lorsqu'elle
devient plus négative que -15V, il apparait 30V aux
bornes du diviseur R8/R7 dont le rapport est 10 ce qui commence
à rendre Q7 conducteur.
Le courant
augmente alors dans R16 provoquant une chute de tension qui
s'oppose à cette augmentation de courant sans toutefois
l'annuler en raison de la présence d'une résistance de
source (R9).
Ainsi, la
tension vue par la résistance de contreréaction
(R15) ne devient pas aussi négative qu'elle l'aurait
été en l'absence de Q7 obligeant le gain de
l'ensemble à augmenter.
Les valeurs sont
choisies pour obtenir un gain de 20 jusqu'à une
tension de grille supèrieure à -15 volts. Le gain
augmente alors progressivement jusqu'à 150 en bout
d'échelle soit vers -150V.
Le logiciel
emploie une table de correction qui prend en compte cette
non linéarité intentionnelle ainsi que celles
résultantes des dispersions des composants actifs et passifs.
La
création de cette table fait partie de la procédure
d'étalonnage finale et permet d'éliminer tout autre
accessoire de réglages.
Générateur
de
tension
d'écran.
La tension
d'écran doit évoluer entre 0 et + 400V
proportionnellement aux +1 à +3 volts délivrés par
le PCM2904 sur sa broche 15.
De plus, pour
réduire la dissipation d'écran du tube en
test, elle n'est appliquée que pendant la phase réelle de
mesure, soit 5 millisecondes au lieu de 10, ceci créant du
même coup la référence "zéro" pour
reconstituer la composante continue lors de la mesure
du courant d'écran.
La
précision nécessaire étant moins drastique que
pour la grille, il n'est pas nécessaire de construire un
amplificateur opérationnel bouclé.
Par contre le
courant d'écran est plus important et varie
considérablement en fonction des tensions de grille et d'anode
du tube en test.
L'étage
de gain utilise un MOSFET à appauvrissement (Q9) polarisé
à la limite de conduction par une tension positive sur sa source
grace au pont de résistances R24 et R34.
Il devient
conducteur lorsque la tension provenant du PCM2904 rend sa tension
gate/source moins négative.
Son gain,
typiquement 200, est fixé par le rapport entre sa charge de
drain (R25) et la résultante de la mise en parallèle de
R24 et R34.
La tension
amplifée est appliquée à la gate de Q12 via R27.
Une tension
à 50Hz redressée double alternance mais non
filtrée disponible
en sortie du pont utilisé pour le +15V
est appliquée au condensateur C19 qui se charge à travers
la jonction base/émetteur du découpeur Q11 pendant la
phase de croissance de cette tension provoquant ainsi sa saturation et
la mise à 0V de la gate de Q12.
Pendant la phase
de décroissance C19 se décharge à
travers D10, Q9 est alors bloqué laissant la tension
amplifiée apparaitre sur la gate de Q8 et donc appliquée
à l'écran du tube en test.
Le cycle
recommence toutes les 10ms.
Comme pour le
générateur de tension grille, le logiciel emploie une
table
de correction qui permet de compenser les dispersions des composants
sans utiliser d'accessoires de réglages.