Elektor Lab Notes 12 : Un ampèremètre/voltmètre numérique, un testeur de quartz, et bien plus encore !!

Bienvenue sur la page Elektor Lab Notes ! Toutes les deux semaines, nos ingénieurs et nos rédacteurs très actifs publient quelques notes de labo et des mises à jour sur les nouveaux projets électroniques à construire soi-même, les nouvelles de l'industrie et les conseils techniques utiles. Cette fois-ci, nous vous présentons des mises à jour sur le projet de compteur d'énergie avec un ESP32, le projet AmpVolt, des détails sur le testeur de cristaux de quartz, une télécommande pour les amplificateurs audio, et plus encore. N'hésitez pas à nous faire part de vos commentaires dans la section discussions au bas de cette page. Vous pouvez poster vos propres notes depuis votre laboratoire, et nous faire savoir sur quoi vous travaillez dans votre atelier  d'électronique !

Saad Imtiaz (Ingénieur en chef, Elektor)

• Projet de compteur d'énergie avec un ESP32 : les circuits imprimés sont arrivés et je suis actuellement en train de les tester. Restez à l'écoute pour des informations sur les performances de ces cartes dans des conditions réelles.
• Projet AmpVolt : en collaboration avec Jens, nous avons développé un module de mesure du courant et de la tension évolutif. Conçu pour être flexible, il intègre un CAN ADS1015 pour la conversion numérique, un INA169 pour la mesure du courant et un diviseur de tension pour la détection jusqu'à 50V. La conception du circuit imprimé est terminée et les tests pointent à l'horizon. 

•  Analyse comparative des cartes à microcontrôleur : inspiré par les limites de mon générateur de fonctions, j'ai eu l'idée de me lancer dans une quête de performances pour créer les ondes carrées les plus rapides possibles avec des cartes à microcontrôleur. Les résultats ont été surprenants et seront détaillés dans les prochaines éditions du magazine Elektor. 

Jean-François Simon (Ingénieur, Elektor)

• Cristal de Quartz : l'autre jour, j'ai assemblé un petit kit à base de PIC pour fabriquer un petit fréquencemètre à 5 digits. Il s'agit de variantes du circuit original de Wolfgang « Wolf » Büscher's (DL4YHF). Une fois soudé, l'appareil est mis sous tension. Tous les segments de l'affichage s'allument brièvement, puis l'affichage indique « 0 » et la consommation de courant reste inférieure à 5mA. Tout va bien.  

Je me rends alors compte que je n'ai pas soudé le quartz bien droit, mais un peu de travers. Cela n'a pas d'impact sur le fonctionnement mais cela perturbe ma volonté de bien faire, donc je refais la soudure et je le replace en position droite. Test suivant : rien ne se passe ! Pas de consommation de courant, rien sur l'écran. Bref, le quartz n'oscille pas. Conclusion : le simple fait de le ressouder et donc de le chauffer un peu plus longtemps que nécessaire a suffi à le détruire complètement. C'est la première fois que cela m'arrive...

J'avais acheté deux exemplaires, ce qui m'a permis de confirmer le diagnostic : avec le deuxième cristal, le circuit fonctionnait à nouveau normalement. Je retiens donc la leçon : ces composants sont fragiles, non seulement aux chocs, mais aussi à la température ! A moins que je ne sois victime d'un défaut de fabrication ?

• Plus de tests : cet incident m'a donné envie de poursuivre mes recherches. J'ai donc fabriqué l'oscillateur tampon Colpitts d'après le livre « Experimental Methods in RF Design » qui est présenté dans cette vidéo. Bien sûr, le cristal en question n'oscille pas. J'en ai vérifié quelques autres dans ma collection (4, 8, 12, 16 et 20 MHz), et ils oscillent tous. Lorsque la fréquence augmente, l'amplitude de sortie diminue, je pense que c'est normal et inhérent à la conception de ce circuit d'oscillation particulier.  

Par ailleurs, j'ai constaté que le cristal fourni avec le kit est celui qui donne l'amplitude la plus faible (260mV crête à crête) de tous ceux que j'ai testés. Les autres cristaux que j'ai eus donnaient une amplitude d'environ 600mV crête. Serait-ce la conséquence d'une fabrication moins chère que la moyenne ? 

• Des tests encore plus poussés : en utilisant un analyseur de réseau vectoriel (VNA) bon marché (ici, le NanoVNA H4), on peut voir les deux fréquences de résonance du cristal : d'abord la fréquence de résonance en série, puis la fréquence de résonance en parallèle. Ici, le balayage s'est fait de 19,9 MHz à 20,1 MHz et s21 est affiché. Il est intéressant de noter que le cristal défectueux qui n'oscille pas présente toujours une réponse en fréquence très similaire à celle du cristal qui fonctionne. Ainsi, bien qu'il soit très intéressant d'étudier différents circuits, le NanoVNA ne suffit pas à lui seul à déterminer si un cristal fonctionne correctement ou non.  

• Standards de Calibration : alors que je cherchais de la documentation sur la façon d'utiliser correctement mon NanoVNA, je suis tombé sur cet article de blog datant d'il y a quelques années (mais certains types de documents ne vieillissent jamais). Andrey y propose un ensemble de calibrage Open, Short et Load pour son VNA, en utilisant des connecteurs BNC. Ceux-ci sont bien sûr limités en fréquence par rapport à leurs homologues SMA, mais ils sont plus rapides et plus faciles à raccorder. C'est du bon travail !

• Des plis sur les pistes : avez-vous trouvé un vieux circuit imprimé comme celui-là ?

Oui, j’en ai trouvé un, et je me suis demandé ce qui n'allait pas. Les pistes en cuivre se détachent-elles de l'époxy ? Est-ce dû au vieillissement ? En fait, il n'y a pas lieu de s'inquiéter. Ces plis sont dus au processus de fabrication. Les circuits imprimés concernés datent des années 1980. À l'époque, le procédé SMOTC (masque de soudure sur cuivre étamé) était courant. L'étamage des pistes donnait ces surfaces irrégulières, et le masque de soudure prenait cet aspect lorsqu'il était appliqué dessus. Les circuits imprimés fabriqués aujourd'hui utilisent le procédé SMOBC (masque de soudure sur cuivre nu) et sont donc plus lisses. Rendez-vous dans le prochain numéro de Lab Notes !

Jens Nickel (Rédacteur en chef, Elektor Magazine)

Télécommande Wi-Fi pour amplificateurs audio : j'ai déjà fait le point sur mon dernier projet de loisir, qui est une télécommande pour amplificateurs audio de classe D disponibles dans le commerce, mais légèrement modifiés. Il comporte une alimentation indépendante par batterie et des récepteurs sans fil pour l'audio. Peu à peu, la configuration de la version 1 (axée principalement sur le contrôle du volume à distance) prend forme.

Bien qu'il existe de nombreux systèmes de connecteurs pour le prototypage rapide avec des modules, j'aime particulièrement le système Grove. Il est spécifié pour être compatible avec le bus I²C, UART, ainsi qu'avec les signaux analogiques et numériques. Vous pouvez également trouver des cartes d'extension compactes pour les microcontrôleurs équipés de connecteurs Grove. Elle peut être utilisée, par exemple, avec un SAMD21 et un microcontrôleur ESP32. Voici un exemple de carte d'extension. Elle peut être utilisée, par exemple, avec un SAMD21 et un microcontrôleur ESP32.

Au départ, mon ami n'était pas très enthousiaste à l'idée que les connecteurs Grove soient propriétaires et aient un pas de 2 mm, ce qui ne correspond pas aux veroboards standard (il est difficile de trouver des versions de 2 mm et elles sont assez chères). Mais nous sommes tous deux très attachés aux logiciels libres et nous avons saisi cette occasion pour apprendre à utiliser KiCad. Après quelques semaines, nous avons vraiment commencé à l'apprécier. Je continuerai à vous tenir au courant dans les prochaines notes de laboratoire !

C. J. Abate (Directeur,  Contenu et Ingénierie)

L'édition de janvier/février de ElektorMag est consacrée à des sujets liés à l'électricité et à l'énergie. En plus du magazine, nous tenons également à jour une page web consacrée à l'électricité et à l'énergie. Consultez-la ! Les ingénieurs Jens Nickel et Thomas Scherer gèrent cette page web, que vous pouvez marquer d'un signet et consulter régulièrement pour obtenir des informations, des projets et des articles sur un large éventail de sujets liés à la puissance et à l'énergie. Avec l'énergie solaire et éolienne, alimentations et onduleurs, mesure de la puissance, ainsi que les composants et les circuits.

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