Traceur courbes transistors fonds de tiroirs (de luxe)

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Modérateur: Klara

Re: Traceur courbes transistors fonds de tiroirs

Messagepar Bricolou85 » Ven 31 Mar 2017 13h01

Bonjour à tous,

je continue à suivre :D
Jean-Paul, il me semble qu'il y a un problème sur ton dernier schéma entre la sortie de U32 et les bases de Q6 et Q7 :(
Sinon c'est un beau travail collégial comme on dit :)

Patrick
RFL 6522 jusqu'au 31/12/17, EPR pas usé à donner à Noël.
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Re: Traceur courbes transistors fonds de tiroirs

Messagepar Janpolanton » Ven 31 Mar 2017 13h08

Bien vu Patrick. :mrgreen:
Je corrige ça tout de suite (en fait, l'erreur est due à l'auto accrochage des liaisons avec Lspice, c'est pratique mais si on ne fait pas attention, ça fait des erreurs.
L'ampli OP a fourni les quelques mA de courant de base durant mes essais et je ne m'en suis pas aperçu.
Merci de ta remarque.
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Re: Traceur courbes transistors fonds de tiroirs

Messagepar Janpolanton » Sam 1 Avr 2017 09h45

Bonjour à tous
Ce matin, essais de présélection du compteur de steps I_base.
Petit problème : ça fonctionne suivant la présélection du comparateur mais quand on atteint la dernière position, le step base va au maximum.
En fait, sur l'impulsion de présélection, tous les bits passent à zéro et le DAC passe sur sa valeur max. :mrgreen:

Quelqu'un aurait une petite idée pour éviter ça (j'ai eu beau de regarder les datasheet, je suis perplexe !)

prépositionnement.jpg
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Re: Traceur courbes transistors fonds de tiroirs

Messagepar Raffou » Sam 1 Avr 2017 10h13

Bonjour.

J'ai commencé à wrapper le troisième prototype, celui à base de XOR CMOS 4070, le test du deuxième à base de compteurs 74HC193 attendra encore un peu...

Image

  • L'oscillateur à quartz a été conservé avec le CMOS 4060, l'horloge récupérée sur sa sortie Q4 est parfaite avec son rapport cyclique de 50%.
  • Les compteurs synchrones CMOS 40163 ont été préférés aux autres compteurs/décompteurs car quelque part c'était cuisant de ne pas avoir réussi à leur faire changer de sens de progression à la volée.
  • Le poids Q12 du troisième compteur (IC4) contrôle l'inversion du sens de la rampe Vce.
  • Le DAC AD7845 affecté à la rampe Vce (IC9) reçoit donc les 11 bits Q[1..Q11] générés par le premier bloc de compteur, le bit Q0 correspond au signal d'horloge issu du CMOS 4060 qui est aussi distribué sur tous les boitiers compteurs pour les faire progresser en synchrone. Ainsi les 12 entrées du DAC sont toutes utilisées.
  • Le nombre de marches d'escalier de la rampe Ib demeure paramétrable grâce au comparateur CMOS 4585, ici configuré pour 10 marches.
  • Le DAC AD7845 affecté aux marches d'escalier (IC12) est sous employé car ses 8 MSB sont à zéro, les bits Q[13..16] issus du dernier compteur (IC10) pilotent les 4 MSB restant du DAC. L'emploi ici de ce modèle surdimensionné de DAC est discutable mais comme je n'en dispose que d'un seul, il m'est facile de le déplacer d'un support à l'autre pour les tests. Et puis il dispose d'un amplificateur opérationnel intégré, avantage qui n'est pas négligeable pour diminuer le nombre de boitiers.
  • La même tension de référence est appliquée aux deux DAC, négative pour les transistors NPN, et positive pour les PNP. Les amplificateurs intégrés dans les DAC sont inverseurs, ce qui explique cette inversion de polarité de la référence par rapport à l'alimentation conventionnelle des transistors NPN/PNP.
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Re: Traceur courbes transistors fonds de tiroirs

Messagepar Janpolanton » Lun 3 Avr 2017 09h44

Bonjour à tous,
Je suis revenu aux fondamentaux de ce projet réalisable avec des composants courants et ne faisant pas trop "usine à gaz".
La génération de la double rampe a été résolue. Les DAC 10 bits ou 12 bits sont un réel problème pour qui n'en possède pas. C'est pourquoi un réseau R 2R pourra leur être substitué.
Pour les "step" I_base, j'ai utilisé 3 flip flop D CD4013. Je me suis limité à 3 bits soit 7 marches d'escalier de manière à n'utiliser qu'un seul CD4053. Le 4ème flip flop est donc disponible.
Maintenant, j'ai rencontré un problème avec le circuit "Valeur absolue" de Ic (vois post de Raffou du 1er mars 18h04).
Avec les valeurs des résistances proposées, le gain est bien de 10 pour un transistor NPN.
Par contre, avec un PNP, dans la même configuration, ce n'est plus le cas. Le gain est de 3.6 (valeur mesurée sur le graphique) :mrgreen:
J'ai tenté de modifier les valeurs des résistances sans résultat. Qui aurait une idée?

Pb gain NPN.jpg


Pb gain PNP.jpg
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Re: Traceur courbes transistors fonds de tiroirs

Messagepar Raffou » Lun 3 Avr 2017 10h48

Pour ma part, j'ai entrepris la réalisation du troisième prototype en mini-wrapping, pour l'instant ne sont câblés que les compteurs et le générateur d'horloge. Les OU exclusifs ainsi que les DAC (en grisé) seront câblés dans une deuxième étape, le plus urgent étant de vérifier si le comptage fonctionne bien comme escompté.

Image

Il a fallu faire deux modifications par rapport au précédent schéma :
  • Remplacer le quartz de 2,4576 MHz par un de 6,000 MHz pour obtenir un meilleur confort visuel sur l'oscilloscope, la fréquence de balayage n'était pas suffisante pour observer les sorties du dernier compteur sans papillotement gênant de la trace.
  • Un fonctionnement impeccable n'a pu être obtenu qu'en connectant la sortie "Carry Out" du troisième compteur sur l'entrée "A=B" du comparateur CMOS 4585 (liaison couleur fuchsia), ainsi le dernier compteur compte jusqu'à la valeur programmée incluse. Par exemple avec un positionnement des cavaliers à 10, il délivre 11 marches d'escalier, la toute première étant d'une hauteur nulle donc confondue avec l'axe des abscisses.

Image

Ne reste plus qu'à câbler les 3 supports bleus sur lesquels seront installé les CMOS 4070, ainsi qu'à installer et câbler les supports DIL 24 des DAC dans le coin inférieur droit de la plaque d'essai. Une fois ces derniers installés, il ne restera plus de place disponible sur la plaque pour les amplificateurs de mesure, il devront être câblés sur une seconde plaque fixée en "mezzanine".
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Re: Traceur courbes transistors fonds de tiroirs

Messagepar Raffou » Mar 4 Avr 2017 13h19

Bonjour à tous.

Les portes OU exclusives sont maintenant câblées ainsi que les deux DAC. N'ayant qu'un seul AD7845, c'est le signal triangulaire de la rampe Vce qui va être testé en premier:
Image

Pour obtenir un signal Vce triangulaire et essentiellement positif pour les transistors NPN, hé bien il faut une tension de référence Vref négative. Ce léger paradoxe s'explique par le fait que l'amplificateur intégré à l'AD7845 est un inverseur avec un gain négatif.
Pour réaliser rapidement ce premier test avec les moyens immédiatement disponibles, la tension de référence Vref sera de -5 volts et les tensions de ± 15 volts prévues pour alimenter les DAC's seront remplacées par du ± 12 volts.
Avec une amplification configurée en absolu à 2 (choix de la résistance Rc pour le gain), le signal Vout en sortie du DAC devrait avoir une amplitude maximale de 10 volts, soit 12 - 10 = 2 volts de marge. Cette marge est suffisante pour que l'amplificateur interne ne déforme pas le signal triangulaire par écrêtage si jamais il était d'un type autre que "rail to rail":

Image

Et maintenant le signal triangulaire observé à l'oscilloscope, essentiellement positif, avec l'amplitude escomptée de 10 volts (5 carreaux du réticule):

Image

Bon maintenant, reste plus qu'à déplacer l'AD7845 sur l'autre support pour vérifier les marches d'escalier du signal Ib...
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Re: Traceur courbes transistors fonds de tiroirs

Messagepar Janpolanton » Mar 4 Avr 2017 13h49

Bonjour à tous,
Bravo Gérard,

Est-ce à cause de l'échantillonnage sur 12 bits qu'il faut une fréquence d'horloge aussi élevée?

Pour ma part, avec le DAC que m'a donné Sylvanus, je suis à 10 bits.
Quand au DAC des marches d'escalier, je vais me contenter d'un réseau R 2R, probablement sur 3 bits de manière à n'avoir besoin que d'un 4053.

Avez-vous une réponse pour le problème de gain que j'ai évoqué hier avec l'ampli valeur absolue du courant collecteur?

je suis en train de me faire un atelier dans un petit coin de mon garage. J'espère pouvoir commencer à câbler après les vacances de Pâques.
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Re: Traceur courbes transistors fonds de tiroirs

Messagepar Raffou » Mar 4 Avr 2017 15h57

Janpolanton a écrit:Est-ce à cause de l'échantillonnage sur 12 bits qu'il faut une fréquence d'horloge aussi élevée?
A défaut de fond de tiroir, j'ai tenté de faire avec mon stock de composants. Ce qui motive l'emploi d'un quartz et du CD4060 pour générer l'horloge, quartz dont la fondamentale ne peut guère excéder 6 MHz pour être compatible avec la logique CMOS standard.
Hormis la sortie Q0 au rapport cyclique incertain, la première sortie disponible du 4060 avec un rapport de 50% est malheureusement la sortie Q4 avec une fréquence de quartz divisée par 2⁴, (6 × 10⁶ ÷ 2⁴ = 375 kHz).
Les compteurs générant les rampes Vce triangulaires divisent ensuite par 2¹², (375 × 10³ ÷ 2¹² = 91,552734375 Hz ≈ 91,6 Hz), et avec une décade de marches pour Ib, en excluant la marche nulle, on obtient une fréquence de rafraichissement des courbes de (375 × 10³ ÷ 2¹² ÷ 11 ≈ 8,3 Hz).
Cette fréquence de rafraichissement voisine de 8 Hz est effectivement trop basse et génère bien plus que des papillotements sur l'écran d'un oscilloscope. Cette proposition est une quasi impasse, mais bon à l'origine, l'objectif directeur était de valider le fonctionnement du comptage synchrone de bout en bout avec des 40163.

Janpolanton a écrit:Pour ma part, avec le DAC que m'a donné Sylvanus, je suis à 10 bits.
Quand au DAC des marches d'escalier, je vais me contenter d'un réseau R 2R, probablement sur 3 bits de manière à n'avoir besoin que d'un 4053.
La question que je me pose est celle-ci : est qu'un signal triangulaire de 256 pas pour Vce ne serait pas suffisant ? Ce qui permettrait de remplacer 3 compteurs 40163 par un seul boitier 4520. Et en s'imposant un nombre fixe de 9 marches d'escalier (marche de hauteur nulle non incluse), le dernier 40163 serait alors remplaçable par un des compteurs décimaux du boitier 4518 .
Ces boitiers hébergent une paire de compteurs synchrones, soit binaires pour le 4520, soit décimaux pour le 4518, et leur utilisation permettraient une sérieuse économie sur le nombre de boitiers nécessaire :
Soit + 1 × 4520 et + 1 × 4518.
Mais en contrepartie -4 × 40163, -1 × 4070 et -1 × 4585.
Donc une économie de 4 boitiers! Et en conservant le 4060 et son quartz, la fréquence de rafraichissement serait alors de (6 × 10⁶ ÷ 2⁴ ÷ 2⁸ ÷ 10 ≈ 146,5 Hz). Avec un quartz plus courant de 4,096 MHz on obtiendrait une fréquence de rafraichissement de (4,096 × 10⁶ ÷ 2⁴ ÷ 2⁸ ÷ 10 = 100 Hz).
Toujours dans un souci de simplification, un DAC0808 (vus à 1€76 la paire ou 3€52 les 5, FdP inclus, sur eBay) même sous employé éviterait le 4053 et la presque dizaine de résistances associées.

Janpolanton a écrit:Avez-vous une réponse pour le problème de gain que j'ai évoqué hier avec l'ampli valeur absolue du courant collecteur?
Non, je dois avouer que je ne m'y suis pas encore intéressé. D'une part par ce que le nini-wrapping et les vérifications de mon dernier prototype m'ont accaparé et aussi marginalement par ce que je pense que leur remplacement par des amplificateurs de gain ±1, ceux proposés par le sieur Sylvanus, serait très certainement un bonne solution pour économiser encore quelques composants. La seule complication opposable pour que cet amplificateur soit indifférent à la polarité du signal mesuré, est que le signe de son gain soit asservi à la position de l'inverseur NPN/PNP.
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Re: Traceur courbes transistors fonds de tiroirs

Messagepar Janpolanton » Mar 4 Avr 2017 17h12

Merci pour les réponses.
Effectivement, j'ai fait les simulations Vce sous 8 bits, 9bit et 10bits sans noter une grosses différence visuelle sur les courbes de caractéristiques.
On va revenir aux fondamentaux du cahier des charges que je m'étaient fixés.
La seule vraie amélioration reste la double rampe, celle qui nous a donné le plus de fils à tordre.
Bon câblage
A +
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Re: Traceur courbes transistors fonds de tiroirs

Messagepar Raffou » Mar 4 Avr 2017 17h38

Bon, on est d'accord.

Va pour un prototype simplifié avec compteurs 4520 et 4516, je conserve le 4060 pour l'oscillateur car il doit délivrer le LSB du compteur à 256 étant donné que le MSB du dernier compteur binaire 4520 est réservé pour l'inversion.
Je prévois des DAC0808 pour les rampes, je n'en possède qu'un seul pour l'instant et pas tout neuf car je viens de le dessouder d'un circuit imprimé.
Je dois sacrifier le premier prototype à base de 4516 (qui dysfonctionnait) pour réutiliser les emplacements sur la plaque d'essai.
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Re: Traceur courbes transistors fonds de tiroirs

Messagepar Janpolanton » Mar 4 Avr 2017 17h50

Que de boulot!
Pour l'instant, mon aménagement de l'atelier dans mon garage n'est pas encore terminé. Vendredi départ pour 10 jours dans le sud-ouest.
Mais j'aurai internet dans ma maison de campagne sans téléphone car Mr Bouygues dans sa grande bonté vient de passer mon forfait internet mobile à 10 gigabit sans augmentation de prix.
Je pourrai suivre le forum.
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Re: Traceur courbes transistors fonds de tiroirs

Messagepar sylvanus » Mer 5 Avr 2017 11h45

Bonjour Raffou
Si vous voulez j'ai des DAC08 (neufs!) comme des compteurs si cela peut vous aider
Amities
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Re: Traceur courbes transistors fonds de tiroirs

Messagepar Raffou » Jeu 6 Avr 2017 00h40

Bonsoir à tous.

Voici la version lite du générateur de rampes:

Image

  • Le 4060 a été conservé avec son quartz car sa sortie Q4 doit délivrer le LSB (Q0 / X0) du signal Vce. La fréquence de rafraichissement des courbes sera de 100 Hz pile poil avec un quart de 4,096 MHz.
  • Les deux compteurs binaires du 4520 constituent l'essentiel du compteur à 256 pas générant le signal triangulaire de la rampe Vce, le MSB du dernier compteur (Q8) contrôle l'inversion du sens de cette rampe.
  • Le premier compteur du 4516 constitue seul celui du signal Ib en marches d'escalier, le second est inutilisé. Comme ce premier compteur est décimal, le signal Ib sera constitué de 10 marches, la première d'une hauteur nulle est confondue avec l'axe des abscisses.
  • Bien que les connexions entre boitiers 4516 et 4520 soient asynchrones, à l'intérieur, les bascules des compteurs sont synchrones, ce qui devrait constituer un compromis convenable entre une cascade synchrone de 40163 et un seul compteur binaire asynchrone à 12 sorties comme le 4040.
  • Le problème avec le DAC0808 pressenti c'est qu'il n'est pas du type "4 quadrant multiplying" comme l'AD7533 ou l'AD7845 déjà cités. Pour changer la polarité des rampes, il nécessite un amplificateur supplémentaire dont on doit inverser le signe avec le switch NPN/PNP.
    Avec un AD7524 (8 bits) ou un AD7533 (10 bits) le choix NPN/PNP se fait par simple inversion de la polarité de la tension de référence, cette méthode est moins gourmande en composants et à priori plus simple à mettre en œuvre surtout si l'on dispose d'une source de tensions symétriques comme du ±5 volts. J'ai donc préféré ceux-ci au DAC0808 pour ce premier schéma lite.
    A noter que l'AD7533 est pratiquement compatible broche à broche avec l'AD7524 même si certaines de leurs appellations diffèrent quelque peu. La seule divergence concerne les broches 12 et 13 : les broches WR/ et CS/ de l'AD7524 correspondent aux deux LSB de l'AD7533 et comme elles sont reliées à la masse dans le cas présent, les deux modèles sont alors interchangeables sur ce schéma.
    Image        Image
    Source : http://www.futurlec.com/AnalogDevices/
  • Un buffer inspiré du schéma du LH0002 permet de minimiser la distorsion de croisement en sortie de chaque amplificateur : 2 transistors supplémentaires permettent de polariser les bases transistors de sortie dans un fonctionnement en quasi classe B.

    Image
    Source : http://www.embedded.com/print/4325660
  • La résistance interne Rfb (R feed back) permet en standard d'obtenir un gain unitaire quand elle est reliée en sortie de l'amplificateur associé, l'insertion dans cette boucle de contre-réaction d'une résistance externe (R7, R12) de même valeur (10 kΩ) permet de doubler ce gain.
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Re: Traceur courbes transistors fonds de tiroirs

Messagepar Raffou » Ven 7 Avr 2017 10h40

Juste un retour en arrière avec le troisième prototype, celui synchrone de bout en bout avec une cascade de compteurs 40163.

La fréquence de rafraichissement des courbes étant beaucoup trop basse (≈ 8 Hz) avec les 4096 échantillons de la rampe Vce, il va falloir supprimer un boitier compteur 40163 et se contenter de signaux moins lissés avec seulement 256 échantillons. C'est le prix à payer pour obtenir une fréquence de rafraichissement proche de 100 Hz.

La gageure est d'y arriver sans trop toucher au câblage en mini-wrapping...
Et après consultation du schéma, il s'avère que c'est possible sans même aucune modification, il suffit de retirer de leurs supports le boitier 40163 et le boitier 4070 superflus et d'y enficher à la place une plateforme avec les straps qui vont bien :
  • Sur la plateforme en remplacement du compteur 40163:
    • Liaison de 2 à 11 pour connecter l'horloge Q0 sur X4 via Q4
    • Liaison 10 à 15 pour valider en permanence l'entrée TE du deuxième compteur qui va être le compteur de tête.
  • Sur la plateforme en remplacement du XOR 4070:
    • Connecter avec 7 (la masse) ce qui avant étaient les sorties des XOR en 3, 4, 10 et 11 pour imposer un niveau zéro sur les entrées DB0 à DB3 de l'AD7845 via X0 à X3.
Les strap à effectuer (couleur fuchsia) sur les supports des boitiers retirés:

Image

Les liaisons de substitution réalisées sur les deux plateformes remplaçant le couple de boitiers 40163 / 4070 devenu inutile:

Image

Les rampes triangulaires du signal Vce observée en sortie du premier DAC, amplitude positive de 10 volts pour transistor NPN:

Image

Une portion de la rampe ascendante du même signal, on distingue bien les discontinuités et les pics transitoires entre les 256 échantillons. Le non découplage des tensions ±12 et -5 volts au raz des broches du DAC n'y est peut-être pas étranger, un peu de filtrage devrait lisser le signal si cela s'avérait nécessaire par la suite.

Image

Maintenant les marches en escalier observées en sortie du second DAC avec visualisation du LSB correspondant au dessus.
La valeur 10 est configurée sur les entrées du comparateur 4585, il y a donc bien les 11 marches (de 0 à 10) d'affichées comme prévu. La hauteur de l'escalier est de 2,9 carreaux du réticule soit 5,8 volts, tension un peu faiblarde par rapport aux 6,25 attendus (10 volts ÷ 16 × 10).

Image
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