L'indicateur de niveau de grille : instrument oublié

Auparavant, c'était un rite de passage majeur pour un pirate informatique d'acquérir un oscilloscope. Jusqu'à récemment, les nouveaux instruments étaient rarement dans le budget des gens normaux, vous vous contentiez donc probablement d'un oscilloscope d'occasion. Maintenant, il existe de nombreuses options peu coûteuses, en particulier si vous incluez des oscilloscopes PC bas de gamme et des «mètres d'oscilloscope». Les compteurs numériques sont désormais peu coûteux (souvent gratuits dans certains grands magasins), ainsi que les générateurs de signaux, les compteurs de fréquence et même les analyseurs logiques.

Mais il y a une pièce d'équipement de test que vous ne voyez pas aussi souvent qu'avant et c'est dommage, car c'est un kit très polyvalent. Certes, si vous ne faites pas de travail sans fil, cela ne figure peut-être pas en haut de votre liste de souhaits, mais si vous faites quelque chose avec RF, ce n'est pas seulement un outil polyvalent, mais aussi un bon rapport qualité-prix. Comment ça s'appelle? Ça dépend. Historiquement, ils portaient le nom de "Grid Dip Oscillator" ou GDO. Parfois, vous l'entendez plutôt appelé "Grid Dip Meter". Cependant, les versions modernes n'ont pas de tubes (et, par conséquent, pas de grille), donc parfois vous les entendez maintenant appelés dipmètres ou peut-être simplement des louches.

Peu importe comment vous les appelez, la théorie de fonctionnement est la même et c'est assez simple. L'instrument n'est rien de plus qu'un oscillateur à très large bande avec un moyen de coupler la sortie à un circuit externe. Il y aura également un moyen de surveiller la quantité d'énergie extraite de l'oscillateur. Cela se fait le plus souvent en regardant l'amplitude de crête de l'oscillateur.

La raison du creux est liée à la façon dont les inductances et les condensateurs se comportent à différentes fréquences. À peu près n'importe quel circuit ou composant a trois sources d'impédance : la résistance, qui ne devrait pas changer en fonction de la fréquence ; la réactance capacitive, qui est due à la capacité ; et la réactance inductive des éléments inductifs. Dans certains cas, vous n'avez qu'une quantité importante de l'un d'entre eux. Par exemple, dans une résistance au carbone, vous ne devriez pas avoir beaucoup de l'un ou l'autre type de réactance. Un condensateur doit être principalement une réactance capacitive.

Pour un condensateur donné, la réactance est très élevée aux basses fréquences et très faible aux hautes fréquences. L'inductance est à l'opposé : les basses fréquences produisent une réactance plus faible que les hautes fréquences. Il est assez facile de s'en souvenir si vous considérez un courant continu comme une onde de zéro Hertz. Une inductance (une bobine de fil) passera clairement le courant continu (faible réactance) et un condensateur (deux plaques parallèles) ne passera clairement pas le courant continu (réactance élevée).

Même si l'impédance totale du circuit dépend de ces trois éléments, ce n'est pas aussi simple que d'additionner les valeurs. C'est parce que la résistance et la réactance ne sont pas le même type de quantité. Si vous avez un signal de 1 V entrant dans une charge de 2 ohms avec une réactance de 3 ohms, vous aimeriez savoir qu'il se comporterait de la même manière que 1 V entrant dans une résistance ordinaire. Si la résistance et la réactance sont en série, la valeur de cette résistance effective est l'impédance et c'est la somme vectorielle de la résistance et de la réactance.

Dans l'exemple, alors, 22+32=13. La racine carrée de 13 est d'environ 3,6, donc l'amplitude de l'impédance est de 3,6 ohms. Pour compliquer davantage les choses, la réactance inductive et la réactance capacitive ont tendance à s'annuler. Il est d'usage de traiter la réactance capacitive comme négative, bien que puisque nous allons la mettre au carré, peu importe celle que vous considérez comme négative pour faire ce calcul particulier. Pour les mathématiques, vous traitez vraiment la résistance comme la partie réelle et la réactance comme la partie imaginaire d'un nombre complexe. La conversion en forme polaire donne la magnitude et l'angle de phase.

En parallèle c'est un peu la même chose mais les réactances s'additionnent comme des résistances en parallèle. Voici le point cependant : à une certaine fréquence, la réactance inductive et la réactance capacitive sont égales. Dans un circuit en série, cela signifie que la réactance passe à zéro et qu'il ne vous reste plus que la résistance. Dans un circuit parallèle, le zéro s'enroule dans le dénominateur d'une fraction, et donc la réactance effective est infinie (et, en parallèle avec une résistance pure, ne change pas la valeur de la résistance). Dans tous les cas, la réactance s'annule en laissant une résistance pure.

Le point où les réactances s'annulent est la résonance. Le dipmètre fonctionne parce qu'au point de résonance, l'oscillateur du compteur aura la charge la plus élevée (impédance la plus basse), et donc la tension chutera (ou plongera). À toute autre fréquence, une certaine réactance sera laissée et l'impédance totale du circuit testé sera plus élevée qu'à la résonance.

De toute évidence, la fonction la plus fondamentale du dipmètre est de mesurer la fréquence de résonance d'un circuit. Si c'était tout ce qu'il y avait à faire, ce serait très utile. Mais avec juste un petit effort supplémentaire, le dipmètre peut faire bien plus.

Premièrement, il peut également mesurer d'autres circuits accordés, pas seulement des condensateurs et des inductances fabriqués à partir de composants. Par exemple, les antennes, les cristaux et les lignes de transmission peuvent tous avoir des points de résonance particuliers, et le compteur peut les mesurer. Pour un cristal, la fréquence est celle à laquelle le cristal doit osciller (avec une petite erreur basée sur la capacité de charge et d'autres facteurs). Les antennes peuvent résonner à plus d'une fréquence, pas seulement à celle qui vous intéresse, donc un certain jugement est nécessaire. Tout ce qui n'a pas de bobine (comme une antenne ou un cristal) aura besoin d'une petite boucle de fil pour coupler l'énergie du compteur au circuit.

Pour les lignes de transmission, vous pouvez mesurer en faisant une petite boucle pour coupler le dipmètre (le plus petit sera le mieux). Recherchez le creux le plus bas, et cela montrera la fréquence 1/4 de longueur d'onde de la ligne de transmission. Par exemple, si le câble résonne à 7,5 MHz (longueur d'onde de 40 mètres), le câble mesure environ 10 mètres de long. N'oubliez pas, cependant, de prendre en compte le facteur de vitesse de la ligne de transmission. Autrement dit, une ligne de transmission quart d'onde avec un facteur de vitesse de 0,66 sera plus courte que la longueur théorique (elle ne sera que de 66% aussi longue, dans ce cas).

Bien sûr, vous pouvez utiliser la relation de ligne de transmission dans les deux sens. Autrement dit, vous pouvez obtenir la fréquence de résonance pour mesurer le câble, ou vous pouvez régler la fréquence et ajuster la ligne pour un creux. En fait, utiliser ce que vous savez pour obtenir ce que vous ne savez pas est généralement un bon principe avec le dipmètre de grille. Vous voulez mesurer un condensateur inconnu ? Faites-le résonner avec un inducteur connu. Ou commencez avec un condensateur connu et trouvez la valeur d'une bobine inconnue.

L'un des principaux problèmes, cependant, est de lire la fréquence avec suffisamment de précision. Certains compteurs modernes ont des affichages numériques (comme le DipIt illustré à droite). Cependant, les compteurs les plus courants ne le font pas. D'autre part, vous pouvez facilement les coupler à un compteur de fréquence ou utiliser un récepteur pour déterminer la fréquence avec précision.

Si une petite estimation ne vous dérange pas, vous pouvez faire encore plus de mesures. Les bobines ont un Q (facteur de qualité) qui indique leur résistance par rapport à leur réactance. À l'aide d'un bon condensateur de référence, formez un circuit résonnant et plongez le multimètre. Notez la fréquence. Ensuite, réglez le dipmètre vers le bas jusqu'à ce que vous trouviez la fréquence où le compteur lit environ 30% plus haut qu'il ne l'a fait au creux. Maintenant, réglez le dipmètre vers le haut, à travers le creux à nouveau, jusqu'à ce que vous trouviez à nouveau la marque de 30% de l'autre côté. Le Q sera à peu près égal à la fréquence de creux divisée par la différence entre les deux fréquences de 30 %.

C'est peut-être évident, mais la louche peut aussi être simplement utilisée comme source de signal. Par exemple, pour réparer une radio, vous pouvez mettre le dipmètre à une fréquence que la radio devrait pouvoir entendre et la suivre à travers le circuit. De nombreux dipmètres ont également un mode dans lequel ils éteignent leur oscillateur et utilisent la bobine (et le condensateur d'accord) avec une diode pour agir comme un ondemètre. Le compteur indique alors la force de l'énergie RF à la fréquence accordée. Certains compteurs ont même une prise casque pour que vous puissiez écouter le signal (ce qui en fait presque une radio en cristal).

L'une des raisons pour lesquelles beaucoup de gens n'ont pas de pendomètres aujourd'hui est qu'ils ne sont plus aussi facilement disponibles qu'avant. Heathkit était un fournisseur très populaire pour les dipmètres et avait plusieurs modèles. D'autres modèles plus anciens populaires (souvent trouvés sur eBay) étaient Eico, Millen, Boonton et Measurements Corporation (attention, cependant, ceux avec des tubes ne sont probablement pas une bonne affaire, sauf si vous êtes un collectionneur). Vous pouvez trouver une liste avec des images de nombreux GDO sur le site Web de [n4xy] (les images sont à quelques clics du bouton suivant de la page principale). À gauche se trouve une photo d'un de mes anciens GDO de mesures (et, oui, il utilise des tubes).

Vous pouvez toujours trouver de nouveaux dipmètres de MFJ (ils vendent le MFJ-201 illustré à droite, et vous pouvez également convertir certains de leurs analyseurs d'antenne en un dipmètre réparable). Il existe également de nombreux plans sur Internet. Si vous voulez un vrai modèle de tube (non recommandé) [w4cwg] a des plans. Une conception FET plus moderne qui a un nouveau pont pour aider à rendre le creux plus profond est disponible auprès de [SM0VPO].

D'autre part, il semble dommage de construire une nouvelle unité sans affichage numérique. Vous pouvez en ajouter un, bien sûr, ou vous pouvez en choisir un qui est intégré comme le DipIt ou l'ELM. Il existe de nombreux autres projets et même des kits. Regardez autour de vous. La partie la plus difficile, généralement, consiste à enrouler les bobines, bien que certains nécessitent des condensateurs variables qui peuvent être difficiles à égaler. Vraiment, cependant, tout oscillateur qui peut être rendu stable fonctionnera. En fait, j'ai deux anciens louches Heathkit qui utilisent une diode tunnel à résistance négative comme oscillateur (l'un d'eux est sur la photo de gauche).

Si vous voulez une démonstration vidéo de l'utilisation d'un dipmètre, je ne pourrais pas faire mieux que [w2aew] l'a déjà fait, vous pouvez donc trouver sa vidéo ci-dessous.