Améliorations du traceur de courbes d'inspiration nippone

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Modérateur: Klara

Re: Améliorations du traceur de courbes d'inspiration nippon

Messagepar Janpolanton » Lun 11 Déc 2017 11h14

Bonjour à tous,

Nouvelle simulation sous Isis Proteus sans encore le convertisseur tension courant.
Les TCA0372 ont été remplacés par des TL082 et les résistances de gain ajustées (valeurs normalisées série E96 à 1%) pour avoir 10 marches de 1V en sortie des AOP.


schema isis.jpg


graph.jpg


J'ai aussi ajouté les 2 circuits de sweep des VCE à base de Darlington 10A (TIP142 et TIP147).

@Gérard,

Je n'ai pas de modèle spice de TCA0372 sous Isis, je pense utiliser des TL082 pour la suite de la simulation ou autre suivant tes suggestions
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Re: Améliorations du traceur de courbes d'inspiration nippon

Messagepar Raffou » Lun 11 Déc 2017 13h27

Bonjour JP, bonjour à tous.

Y a une erreur dans le schéma, les résistances R1 et R2 sont connectées en sortie de pont redresseur au lieu de l'être sur les entrées.

J'ai simplifié ce schéma, mais cela nécessite deux ponts redresseur :
• Un pont BR1 pour les alimentations ± 15 volts, faible intensité requise (≤ 1A).
• Un pont de puissance BR2 pour fournir les tensions Vce+ et Vce−.

Une des entrées du pont de puissance est coupée par un interrupteur, ainsi les collecteurs des transistors NPN et PNP sont chacun alimentés une demi alternance sur deux, mais à tour de rôle. Leur courant collecteur peut alors être mesuré sur le shunt commun.
Ne reste plus qu'à imaginer le dispositif pour commuter la tension Vce+ ou Vce− vers l'oscilloscope quand l'interrupteur est ouvert.

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Re: Améliorations du traceur de courbes d'inspiration nippon

Messagepar Janpolanton » Lun 11 Déc 2017 13h47

@ Gérard,

C'est bien pire que ça.. :mrgreen:
la faiblesse de la tension en sortie du réseau R2R par rapport à sa valeur actuelle me chiffonnait.
Je ne maîtrise pas très bien Isis Proteus et j'ai eu du mal à trouver l'erreur.
Contrairement à LTSpice, les rail d'alimentation se définissent au niveau du "design" du circuit et le rail VCC/VDD était à 5V, ce qui faisait que les cmos n'avaient pas la bonne tension.
En le passant à 15V, tout est rentré dans l'ordre.

J'ai donc recalculé les valeurs des résistances

vbase.jpg


nouveau gain.jpg


Les valeurs de R18 et R20 sont théoriques. En pratique, elles feront respectivement 11.3K et 21.5K

Je regarde cette histoire de pont redresseurs.
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Re: Améliorations du traceur de courbes d'inspiration nippon

Messagepar Raffou » Lun 11 Déc 2017 15h02

Je m'étais déjà aperçu qu'il devait y avoir une erreur de calcul sur la valeur de ces résistances car ces valeurs auraient dû être inférieures à celles d'origine puisque le gain des amplificateurs devait être moindre.
Je n'ai pas mouffeté car à mon sens il vaut mieux ne pas y toucher. Il est préférable de jouer sur le coefficient "k" des 4 convertisseurs tension/courant pour obtenir des valeurs rondes sans décimales pour les hauteurs de marche. Ceci afin de minimiser le nombre de valeurs différentes dans la série E96 et maximiser le nombre de celles qui sont indispensables. Ainsi on se limiterait à 4 valeurs : 10k, 20k, 30k et une valeur dépendante du coefficient "k" qui reste à déterminer.
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Re: Améliorations du traceur de courbes d'inspiration nippon

Messagepar Janpolanton » Lun 11 Déc 2017 20h05

J'ai remis le gain à 3 avec les anciennes valeurs de résistances.
Voici le schéma entier et 2 graphes du courant Ib de 0 à 10mA et de 0 à 100µa

schéma isis traceur.jpg


ib 10ma.jpg


ib 100µa.jpg


la suite pour demain... :wink:
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Re: Améliorations du traceur de courbes d'inspiration nippon

Messagepar Raffou » Lun 11 Déc 2017 22h51

En définitive, quelque soit le nombre de marches, leur hauteur est strictement identique en sortie du réseau R2R, et par conséquent en sortie des deux amplificateurs à la suite.

La hauteur de marche en sortie de ceux-ci est donnée par la formule : Valim/16 × G, G étant le gain (ou coefficient d'amplification) de ces amplis.
La hauteur totale de l'escalier dépend de son nombre de marches "n", elle est égale à : n × Valim/16 × G

Avec 9 marches, la hauteur de l'escalier est de : 9 × 15/16 × 1,5 = 12,65625 ≈ 12,66 volts, soit 2,3 volts de marge.
Avec 10 marches, la hauteur de l'escalier est de : 10 × 15/16 × 1,5 = 14,0625 ≈ 14,06 volts, moins d'un volt de marge.

Par sûr qu'un ampli OP générique ne rabote pas la toute dernière marche avec une marge aussi faible que 1 volt, Un amplificateur à sortie "rail to rail" s'avère incontournable si l'on désire un escalier d'une dizaine de marches.
A moins de limiter le gain des amplificateurs à 1 en maintenant l'objectif de minimiser le nombre de valeurs nécessaires dans la série E96. Ainsi la résistance de 30k devient 20k dans la branche PNP et la correspondante dans la branche NPN passe de 20k à 10k.

La nouvelle hauteur de l'escalier aux 10 marches est alors de 10 × 15/16 × 1 = 9,375 ≈ 9,38 volts, la marge est plus que suffisante pour n'importe quel ampli OP générique.

──────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────

Avec le convertisseur tension/courant type Electronique et Loisirs, le courant Ib était tel que Ib = Ve/R5 × (k-1)/k

Or ce dernier rapport équivaut tout bonnement à R2/R1 ou R4/R3, la formule devient alors Ib= Ve/R5 × R2/R1 = Ve/R5 × R4/R3

Pour un escalier de 9 marches :
• Un échelon de tension vaut le maximum (12,66 volts) divisé par 9. On a donc Ib = 12,66/9 × 1/R5 × R2/R1
• Pour un échelon de 1 mA dans une résistance R5 de 1k, on a : 1 × 10‾³ = 12,66/9 × 1/10³ × R2/R1
   d'où R2 = 9/12,66 × R1 ≈ 0,711 × R1
• En fixant R1 = R3 = 10k, (valeur déjà employée pour le réseau R2R) on obtient R2 = R4 ≈ 7k11, valeur E96 la plus proche = 7k15.
• En fixant R1 = R3 = 20k, (autre valeur employée pour le réseau R2R) on obtient R2 = R4 ≈ 14k22, valeur E96 la plus proche = 14k3.

Pour un escalier de 10 marches, ampli Op à sortie "rail to rail" impérative :
• L'échelon de tension est identique au précédent.
• Les valeurs des résistances R1 et R3 d'une part ainsi que de R2 et R4 d'autre part sont les mêmes que pour l'escalier de 9 marches.

Pour un escalier de 10 marches, avec ampli Op générique :
• Un échelon de tension vaut le maximum (9,38 volts) divisé par 10. On a donc Ib = 9,38/10 × 1/R5 × R2/R1
• Pour un échelon de 1 mA dans une résistance R5 de 1k, on a : 1 × 10‾³ = 9,38/10 × 1/10³ × R2/R1
   d'où R2 = 10/9,38 × R1 ≈ 1,066 × R1
• En fixant R1 = R3 = 10k, (valeur déjà employée pour le réseau R2R) on obtient R2 = R4 ≈ 10k66, valeur E96 la plus proche = 10k7.
• En fixant R1 = R3 = 20k, (autre valeur employée pour le réseau R2R) on obtient R2 = R4 ≈ 21k32, valeur E96 la plus proche = 21k5.
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Messagepar Raffou » Mar 12 Déc 2017 01h32

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Re: Améliorations du traceur de courbes d'inspiration nippon

Messagepar Janpolanton » Mar 12 Déc 2017 10h09

Bonjour à tous,

La simulation du dernier schéma en cours.

Les valeurs sont bien conformes aux calculs de Gérard.

Raffou a écrit:A moins de limiter le gain des amplificateurs à 1 en maintenant l'objectif de minimiser le nombre de valeurs nécessaires dans la série E96. Ainsi la résistance de 30k devient 20k dans la branche PNP et la correspondante dans la branche NPN passe de 20k à 10k.

La nouvelle hauteur de l'escalier aux 10 marches est alors de 10 × 15/16 × 1 = 9,375 ≈ 9,38 volts, la marge est plus que suffisante pour n'importe quel ampli OP générique.


Par contre, le gain est de 2 si je ne me trompe pas ...(10k &10k) (10k & 20k)

La suite en images.

schéma isis.jpg


v_bases.jpg


courbes ib.jpg
Je n'ai pas mis les autres courbes mais les résultats sont conformes aux attentes (courbes 20mA, 1mA, 100µA et 10µA)
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Re: Améliorations du traceur de courbes d'inspiration nippon

Messagepar Raffou » Mar 12 Déc 2017 11h55

Bonjour à tous, bonjour JP.

Janpolanton a écrit:Par contre, le gain est de 2 si je ne me trompe pas ...(10k &10k) (10k & 20k)

Oui, mais il ne faut pas oublier de prendre en compte une résistance invisible, celle de la résistance équivalente du réseau R2R qui est de 10k.

• Ainsi pour la branche PNP, on a R2R+R19 et R20 (10k+10k et 20k), le gain global est donc de −1
• Pour la branche NPN le gain de l'amplificateur est effectivement de +2 avec R17 et R18 (10k et 20k) mais il faut prendre en compte l'atténuateur caché sur son entrée plus.
  Cet atténuateur est constitué par la résistance du réseau R2R (10k) et la résistance R19 (10k) vers l'entrée moins de l'ampli OP de la branche PNP.
  L'entrée moins d'un ampli OP étant censée être au potentiel de son entrée plus, donc ici à un potentiel nul, l'atténuation résultante est de 50%.
Le gain global de cette branche NPN est donc égal à +1.

SchémaEquivalent.JPG
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Re: Améliorations du traceur de courbes d'inspiration nippon

Messagepar Janpolanton » Mar 12 Déc 2017 12h13

Bonjour Gérard,

Merci pour cette explication sur le gain, je vais peut-être finir par comprendre. :mrgreen:
Sinon, j'ai poussé la simulation dans ses derniers retranchements avec un Ib max de 100mA.
Comme je n'avais pas de modèle pour le TCA0372, j'ai utilisé un AD811 (courant de sortie max de 100mA)
Le courant sature sur le 10ème step.
Est-ce que c'est dû aux limites du montage ou à celles de l'ampli op.?

ib 100mA.jpg
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Re: Améliorations du traceur de courbes d'inspiration nippon

Messagepar sylvanus » Mar 12 Déc 2017 12h53

Bonjour,
A posteriori me vient quelques questions
1-pourquoi un deuxieme pont de redressement alors que l'on peut alimenter le regulateur U3 par BR2 en utilisant une diode en serie comme cela avait ete realise auparavent
2-le transistor Q2 me semble inutile Q1 est connecté sur BR2
3-Pour obtenir V_base PNP on aurait pu simplement l'obtenir a partir de V_base NPN en inversant le signal ainsi on ne chargeait ce pauvre DAC
4-la solution Electronique Diffusion, écartée n'était pas si mauvaise on a reussit à la justifier
Bonne journée
Sylvain
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Re: Améliorations du traceur de courbes d'inspiration nippon

Messagepar Raffou » Mar 12 Déc 2017 15h18

Bonjour Sylvain.

1) Utilité du 2ème pont redresseur :
Le 2ème pont redresseur a été justifié il y a quelques messages de celà, Il résulte de la volonté de Jean-Paul de vouloir tracer concurremment les courbes de deux transistors complémentaires. Pour y arriver d'une manière simple, il était nécessaire d'ouvrir une des entrées du pont redresseur pour qu'il ne subsiste qu'une seule alternance sur le collecteur de chacun des transistors. Ainsi on trace à tour de rôle le réseau de courbes de chaque transistor dans deux cadrans opposés, le premier pendant une demi-alternance et le second lors de la demi-alternance suivante. Chaque réseau est affiché à une fréquence de 50 Hz, ce qui augmente considérablement le papillotement qui était déjà pénible à 100 Hz.
Le deuxième pont n'est pas absolument nécessaire, il évite d'alimenter les régulateurs  ±15 volts avec une tension redressée mono-alternance pendant ce type de traçage.

2) Inutilité de Q2 :
Q1 et Q2 sont les détecteurs de passage à zéro, il en faut nécessairement un pour chaque alternance.

3) Charge du réseau R2R :
Exact, mais j'ai préféré cette solution plus originale qui évite la mise en cascade.

4) Reprise d'une solution écartée :
Non, il s'agit de la revue 'Electronique et Loisirs. Cette amélioration a pour but de rendre la progression par bonds du courant Ib quasi linéaire en la rendant indépendante de la variation conjointe du Vbe. Elle coûte cher en composants car il faut la réaliser en 4 exemplaires, un pour chaque support de transistor.
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Re: Améliorations du traceur de courbes d'inspiration nippon

Messagepar Raffou » Mar 12 Déc 2017 16h38

Raffou a écrit:Ne reste plus qu'à imaginer le dispositif pour commuter la tension Vce+ ou Vce− vers l'oscilloscope quand l'interrupteur est ouvert.

Réflexion faite c'est probablement pas nécessaire de commuter ces signaux étant donné que la tension dans une branche est nulle quand l'autre reçoit la demi-alternance associée, et la réciproque les 20 ms suivantes. Un simple sommateur à base de résistances devrait convenir, celles-ci devront être calculées pour que son atténuation soit un chiffre rond, 1/10 par exemple.
Les transistors complémentaires à tracer devront équiper les supports 2 et 4 pour prélever les courant Ic sur le shunt commun, l'interrupteur en entrée du pont redresseur devra rester ouvert pour réaliser ce tracé.

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Re: Améliorations du traceur de courbes d'inspiration nippon

Messagepar sylvanus » Mar 12 Déc 2017 19h48

Bonsoir
Pour revenir à mes interrogations
1 ce n'etait pas mentionné sur le schema
2
Capture d'écran 2017-12-12 18.20.27.jpg
Capture d'écran 2017-12-12 18.20.27.jpg (47.69 Kio) Vu 856 fois

on voit facilement que q2 n'est pas utile puisque sur l'anode de D1 le signal est redressement double alternance
3 la mise en cascade n'est pas du tout genante aux frequences utilisées, toutes les résistances auront la meme valeur, Vbase+ et Vbase- sont completement liees
4 Mes excuses pour Electronique diffusion mais je ne vois pas pourquoi une vraie source de courant serait influencée par sa cible, ici le Vbe.
Bonne soiree
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Re: Améliorations du traceur de courbes d'inspiration nippon

Messagepar Raffou » Mar 12 Déc 2017 22h51

Bonsoir à tous.

@Sylvain

1) De quel schéma s'agit-il? Car il y a eu quelques évolutions depuis le premier posté par Jean-Paul un peu après après avoir exprimé le souhait d'en refaire un.
2) Exact, mais il s'agit d'une erreur due au copiste. Cela a été mentionné au début du message suivant. Cette anomalie a disparu sur les schémas suivants...
3) Désolé, mais j'ai un faible pour cette solution originale qui me semble plus harmonieuse.
4) On est bien d'accord sur les vertus des sources de courant qui sont une des améliorations qui ont valu la création de ce nouveau fil de discussion. Le problème c'est que avant il n'y avait qu'un simple jeu de résistances commutées pour imposer une certaine valeur au courant base. Mais c'était avant, dans un des fils de discussion précurseur.
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