CP0096 Sonde différentielle pour oscilloscope 600V-600kHz
AVERTISSEMENT – WARNING
Si elle est correctement réalisée,
cette sonde permet de
mesurer sans risques des tensions de montages connectés au secteur tant
que la
tension de mode commun (entre entrée et terre) et différentielle (entre
les 2
entrées) n’excède pas 600V.
La construction et l’utilisation n’étant pas effectuée par mes soins, je ne
saurais être tenu responsable de tout dommages matériels
ou corporels liés à
son utilisation. Ce montage n’est donné qu’à titre d’exemple de
réalisation et
son utilisation est sous
votre entière responsabilité. De plus, faire des
mesures sur des équipements reliés au secteur est potentiellement
dangereux et nécessite d’avoir les
connaissances et le matériel requis. En cas de doute abstenez-vous.
Cette vidéo
peut vous donner les conseils de base en la matière.
Présentation
Les sondes différentielles permettant
de faire des mesures
de manière sécurisée sur le secteur coutent fort cher et représente un
investirent
souvent trop important pour les électroniciens amateurs. Or, le besoin
n’est
souvent pas de faire des mesures hyper précises mais juste de
rechercher les
pannes sur les alimentations à découpage.
Ceci m’a conduit à concevoir cette
sonde différentielle très
simple à fabriquer et à utiliser. Ce schéma permet d’utiliser un très
grand
nombre d’amplificateurs opérationnels sachant que la bande passante
sera
intimement liée à celle de celui-ci. Même un bon vieux LM741 peut
convenir mais
la bande passante sera limitée, si c’est juste pour mesurer du sinus à
50Hz, c’est
acceptable.
Avec l’ampli que j’ai utilisé
(LT1357) la bande passante à
-3dB est de 600kHz ce qui est plus que suffisant pour les dépannages
courants.
Voici ses caractéristiques
principales :
Facteur d’atténuation : X100
Tension Max mode commun : 600V
Tension Max mode différentiel : 600V
Impédance de mode commun : 10
MOhm
Impédance de mode différentiel : 20 MOhm
Capacité entrée : <4pF
Impédance de sortie : 500
ohm
Tension de sortie : +/-
6V
Bande passante -3dB : 600kHz (dépend de
l’AOP utilisé)
Alimentation : Selon Aop et option choisi
Cette
sonde n’est pas hyper précise et le schéma est loin d’être optimum,
l’idée ici est principalement de répondre aux critères suivants :
• Simplicité
• Pas de composants rares ou coûteux
• Grand choix d’ampli op possible
• Ajustement simple
• Suffisant pour le dépannage des
alimentations à découpage
• Facile à bidouiller
• Facile à fabriquer
• Facile à utiliser
• Prix modique et utilisation maximum de
composant de récup.
Pour
celles et ceux qui recherchent plus de performance, on trouve sur le
net des réalisations plus performantes mais qui souvent ne répondent
pas aux critères ci-dessus.
Vidéo de présentation
Avant de voir cette vidéo, je vous conseille vivement de regarder
celles-ci pour meiux comprendre :
Ce montage a inspiré de quelques
internautes qui ont conçus des PCB pour cette sonde. Ils m'ont envoyés
leurs réalisations afin de les partager , les voici dans l'ordre où je
les ai reçu. Un grand merci à eux pour leurs contributions.
• ATTENTION : ne pas
chercher à remplacer R1,R3,R5 (ou R2,R4,R6) par une ou deux résistances
même si la valeur finale est identique, en effet la tension d’isolation
des résistances standards n’est pas suffisante.
• De même C1 à C6 doivent tenir 250V
minimum
• L1 et L2 sont optionnelles, elles
améliorent la réjection de parasites HF
• Soigner particulièrement l’isolation
des entrées, respecter les distances dans l’air et sur le PCB (voir Distance-d-isolement-electrique-valeurs-sur-circuit-imprime
)
• Les valeurs de C7 et C8 devrons
peut-être être ajustées, prévoir le circuit en conséquence
• Souder C11 et C12 au plus près de
l’ampli
Procédure de réglage
Avant tout, alimenter la sonde et vérifier la présence des 2 tensions
d’alimentation.
Connecter la sortie à un oscilloscope (réglage X100 si possible afin de
lire les tensions directement)
1 - Réglage du zéro
Court-circuiter
les entrées et connecter un oscilloscope à la sortie, couplage continu,
sensibilité maximale, (BW limitée si possible).
Régler ‘ZERO’ pour avoir une tension moyenne de sortie nulle
2 -Réglage de réjection du mode commun (CMRR)
Se
munir d’une source de tension sinus 50Hz tension maxi disponible, la
connecter entre la masse de la sonde et les 2 entrées reliées ensemble.
Laisser l’oscillo comme avant.
Régler ‘CMRR’ pour avoir une tension alternative minimum en sortie
3 - Réglage de la compensation de l’entrée –
Mettre
l’entrée + à la masse, connecter un générateur d’impulsions 1kHz entre
masse et entrée – tension max disponible sur le géné.
Enlever la limitation de bande passante du scope et le régler pour
observer un créneau de manière optimal.
Régler ‘Cmp-‘ pour avoir le créneau le plus ‘carré’ possible
4 - Réglage de la compensation de l’entrée +
Mettre l’entrée - à la masse, connecter un générateur d’impulsions 1kHz
entre masse et entrée +
Laisser l’oscillo réglé comme il est.
Régler ‘Cmp+‘ pour avoir le créneau le plus ‘carré’ possible
5 - Peaufinage et test final
Connecter le géné de signal entre l’entrée + et l’entrée -, toujours
avec un signal carré, retoucher légèrement Cmp+ au besoin.
Mettre un signal sinus et
augmenter la fréquence, l’amplitud doit rester stable et baisser
doucement, lorsqu’elle atteint 0.7 fois la tension nominale, noter la
fréquence, c’est la bande passante.
Continuer à augmenter la fréquence, l’amplitude doit continuer à
diminuer.
6 – Vérification de la justesse.
Mesurer
la tension secteur RMS avec un multimètre. Brancher les entrées de la
sondes sur le secteur et mesurer la tension sur l’oscillo, elle doit
être proche.
Possibilités de changement ou d'amélioration
De très nombreuses variations peuvent être effectuées sur ce schéma,
voici quelques pistes :
Choix de l’ampli OP
Quasi
tous les amplis OP peuvent être utilisé. Attention cependant, le
réglage d’offset ‘zéro’ peut être différent selon les modèles, voir
absent. Si le modèle n’est pas compensé, il faudra le faire
extérieurement pour être stable à gain ‘Unité’. On veillera aussi selon
les cas à adapter le filtre passe bas en sortie.
Précision des composants
Il est recommandé de prendre pour R1 à R6 et R7,R8,R11 des modèles à 1%
voire mieux si dispo.
On peut aussi les appairer par triage.
Réglage du gain (précision de la mesure)
Il
est possible de rendre le gain total ajustable de manière que la sonde
soit plus précise. Pour cela on peut remplacer R11 par un 91K en série
avec un ajustable 10T de 20K. Le problème de faire cela est que le
réglage va devenir difficile du fait que le gain et le CMRR seront
interdépendant et qu’il faudra procéder par ajustement successif.
Abaissement de l’impédance d’entrée
J’ai
choisi une impédance d’entrée de 10M pas sécurité, pour avoir une capa
d’entrée faible et perturber le moins possible le circuit testé. Cela
limite la bande passante. On peut la passer à 1M en divisant par 10 R1
à R6 et R7,R8,R10,R11. Il faudra peut-être aussi dans ce cas augmenter
un peu C1 à C8.
Sonde ‘basse tension’
Ce schéma est tout
à fait utilisable pour avoir une sonde X1. Il suffit de virer les
atténuateurs d’entrée et de multiplier par 10 R7,R8,R10,R11. Une
protection des entrées par des diodes est souhaitable.
Quelques photos de la bête
Bande passante
Sans filtre passe bas de sortie
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