Traceur courbes transistors fonds de tiroirs (de luxe)

[Raffou]

Bonjour.

Une nouvelle version du schéma lite encore plus lite car elle permet de supprimer le boitier 4060 générateur d’horloge.

La simplification provient du fait que l’on peut récupérer la première bascule du compteur décimal inutilisé dans le 4518 pour piloter l’inversion de pente du signal triangulaire, On récupère donc une sortie de comptage binaire supplémentaire, et avec une nouvelle distribution des sorties des compteurs sur les entrées des DAC on élimine le 4060 dont une des utilités était de fournir le LSB en plus de l’horloge.

Deux inverseurs disponibles du 40106 sont alors monopolisés pour fournir l’horloge. Avec une constante de temps de 5,1 k? / 150 pF on obtient une période de rafraichissement des courbes voisine de 14,4 ms soit ?70 Hz.

[Janpolanton]

Bonjour à tous,
De retour à mon domicile, je me remets sur ce sujet.
J’ai récupéré le logiciel de CAO Proteus Isis / Ares. Il est bien plus complet que LTspice au niveau des librairies de composants en particulier CMOS et TTL. Il contient entre autres les CD4520 et CD4518 ainsi que des DAC 10 bits et 12 bits 4 quadrants
Maintenant, je n’ai plus qu’à le maitriser…

[Raffou]

Encore une nouvelle version toujours aussi lite mais avec une petite amélioration : un signal triangulaire sur 9 bits au lieu de 8 pour la tension Vce.
Afin d’utiliser toutes les portes du troisième CMOS 4070 nécessaire, l’oscillateur est réalisé par un de ses OU exclusif utilisé en inverseur, idem pour le circuit de RAZ.
Le signal issu de l’oscillateur ayant pratiquement un rapport cyclique de 50%, il a été utilisé pour produire le LSB appliqué au premier DAC, ce qui permet d’obtenir une rampe sur 9 bits sans ajouter de nouveau compteur.
Avec un quartz de 1,024 MHz, la fréquence de rafraichissement des courbes avoisine les 200 Hz, avec un résonateur céramique de 455 kHz genre CRB455E cette fréquence approcherait les 90 Hz.

Il serait théoriquement possible de faire encore plus simple en remplaçant l’oscillateur à quartz par un oscillateur RC comme le schéma ci-dessous, en réutilisant les deux XOR IC1B et IC1C en inverseurs .
Selon la formule Fosc = 1 ÷ (2,2 × R1 × C), pour d’obtenir les 500 kHz requis pour rafraichir à 100 Hz, il faudrait que le produit RC soit voisin de 1,1 × 10??. Un compromis pourrait être obtenu avec une résistance R1 de 3,3 k? et un condensateur C de 330 pF car la résistance ne doit pas être trop faible car l’inverseur ne peut fournir qu’un courant limité et la valeur du condensateur doit être suffisamment prépondérante pour toiser les capacités parasites.

Source : yann.lelogeais.free.fr/science/d … _6ts2.html

[Janpolanton]

Bonjour à tous,
Validation du fonctionnement des rampes Vce et Ib suite au dernier schéma de Raffou.
Simulation avec Proteus Isis.

Analyse logique Isis Proteus des steps Ib (sorties du 2ème 4518).
On compte bien de 0 à 9

L’oscillateur à quartz + CD4071 ne fonctionne ni sous LTspice ni sous Isis :mrgreen:

Edité à 10h30 :

Ce sont bien des CD4070 et non pas des CD4071 comme dit ci-dessus…

A suivre avec l’ajout des DAC…

[Raffou]

Bonjour à tous.

@JP, La diode D1 est mal placée, elle doit être en // sur R1 pour décharger plus rapidement le condensateur C2 quand on coupe l’alimentation.

Ce n’est pas le dernier mais l’avant dernier schéma que vous avez simulé. Le tout dernier utilisait le signal d’horloge comme LSB afin d’ajouter un 9ème bit à chaque rampe du signal triangulaire sans avoir à ajouter un compteur supplémentaire.

A défaut d’oscillateur à quartz, le tout dernier proposé en aparté à base de deux portes XOR devrait, je l’espère, pouvoir être simulé. Ci-dessous le schéma lite modifié en conséquence.
Avec les valeurs RC indiquées, selon la note AN-118 Fairchild, il devrait osciller aux alentours de 500 kHz afin d’obtenir une fréquence de rafraichissement avoisinant les 100 Hz :

[Raffou]

J’ai quand même voulu vérifier que l’oscillateur RC proposé pour remplacer celui à quartz fonctionnait correctement. Car son schéma était une interprétation de la figure 2 de la note d’application précitée:* Les deux inverseurs en cascade sont remplacés par une porte XOR câblée en non inverseuse.

• Le troisième inverseur est remplacé par une poste XOR câblée en inverseuse.

Pour ce test rapide avec le 4ème prototype, l’oscillateur a été câblé en dessous de l’emplacement de celui à quartz, les résistances et le condensateur nécessaires ont été soudés sur une plateforme amovible à la gauche du cmos 4070.

La fréquence du signal observé en sortie de l’oscillateur est bien en dessous de celle calculée, les paliers sont sérieusement inclinés mais les fronts descendants sont suffisamment raides pour faire avancer le premier compteur. Par contre le rapport cyclique est bien proche des 50%.

Les défauts constatés proviennent certainement du fait des valeurs de résistances choisies pour obtenir une fréquence proche de 500 kHz, elles sont trop faibles devant la sortance des portes cmos, il faudrait au moins une valeur décuple pour bien faire… Ainsi avec les valeurs de résistance mentionnées, on mesure une période de 3,2 µs (312,5 kHz) avec un condensateur de 270 pF et une de 2,7 µs (370 kHz) avec un de 220 pF.
L’oscillateur à quartz avec une porte XOR et une deuxième en tampon délivre quand même un signal beaucoup plus carré, même à une fréquence de plus de 2 Mhz. Reste à vérifier si l’on obtient un signal tout aussi correct avec un résonateur céramique CRB455E à 455 kHz.

[Janpolanton]

Simulation rapide avec résistance décuples
Mais tout ça reste théorique… :mrgreen:

[Janpolanton]

@Gérard:

J’ai simulé le schéma " lite 2" avec le clock sur Q0.
Ça ne fonctionne pas : Q0 et Q1 sont dans le même état logique.
Il faut reprendre EN du 1er 4520 sur Q0.

Edité à 21h30 :

Oscillogramme de Q0 à Q3 avec Q0 sur EN CD4520

[Raffou]

Désolé JP, mais je ne comprends pas ce que vous voulez me dire.

J’ai repris le prototype n°4 avec l’oscillateur à quartz, je peux passer de l’un à l’autre juste en déplaçant un cmos 4070.
J’ai visualisé à l’oscilloscope toutes les sorties des compteurs avec à chaque fois celle du XOR associé, y compris le tout premier XOR sur la sortie de l’oscillateur et tout me semble correct.
J’ai profité de l’occasion pour remplacer provisoirement le quartz 2,4576 MHz par un gros quartz de 455 kHz en boitier HC6U sans rien toucher par ailleurs et ça oscille vigoureusement, va même falloir brider l’oscillateur en modifiant certains élément car il y a des impulsions parasites sur les paliers du 455 kHz généré.

[Janpolanton]

Autant pour moi, c’est X0 sur EN

[Raffou]

Désolé JP mais je ne comprend toujours pas.
Car c’est bien la sortie de l’oscillateur qui doit incrémenter le compteur sur son front descendant et c’est aussi cette même sortie d’oscillateur qui doit être inversée ou pas en même temps que les poids binaires du compteur avant d’être appliquée au DAC.

PS : on devrait plutôt écrire « au temps pour moi », car c’est une expression d’origine militaire : fr.wikipedia.org/wiki/Au_temps_pour_moi

[Janpolanton]

Au temps pour moi,
Je me suis fourvoyé avec les sondes logiques virtuelles du simulateur Isis que je ne maîtrise pas encore.
Votre schéma est correct.

PS: Wiktionnaire :

Autant pour moi serait une forme elliptique de C’est autant pour moi, sous-entendu C’est autant d’erreur que l’on peut mettre à mon actif.
Cette expression serait à rattacher à autant pour le brodeur, expression dont l’utilisation est attestée dès le XVIIe siècle[1].
La graphie au temps pour moi, dérivée d’une ancienne expression venant de l’armée française, est parfois employée en substitut.

[Raffou]

Cette expression me rappelle toujours un vieux souvenir.
Un professeur d’électrotechnique avait pour habitude de citer systématiquement cette expression à chaque fois qu’il se trompait, si bien qu’arriva ce qui devait arriver, un étudiant le devança en criant dans la salle « autant pour lui ». Depuis il devait se mordre les lèvres à chaque fois car il ne l’a plus jamais réitérée.

[Raffou]

Voici les signaux obtenus avec l’oscillateur équipé du quartz 455 kHz:

Trace du haut : signal en sortie de la porte XOR oscillatrice.
Trace du bas : signal en sortie de la porte XOR suiveuse, c’est en fait l’horloge appliquée sur le premier compteur 4520.

Apparemment, le pic perturbant le palier du bas n’a pas une amplitude suffisante pour faire avancer le compteur. Plutôt que chercher à éliminer ou à amoindrir ce parasite, autant tenter l’expérience avec le résonateur 455kHz maintenant que je l’ai retrouvé au fond d’une boite.

Le résonateur céramique 455 kHz en place avec ses deux condensateurs d’appoint soudés à la hussarde, il est nettement moins volumineux que le quartz en boitier HC6U qu’il remplace:

Le résonateur est vraiment moins accommodant que le quartz car l’oscillateur délivre bien un signal d’une amplitude correcte mais est complètement instable avec une gigue pas possible.

Après recherche sur le net, il s’avère qu’il faut augmenter la valeur des condensateurs de l’oscillateur.
Ces condensateurs ont une valeur de 470 pF sur ce schéma prévu initialement pour l’oscillateur d’un cmos 4060.

Source : f1iey.blogspot.fr/2015_04_01_archive.html

Donc soudage à la va-vite de deux condensateurs de 470 pF en // sur les existants et c’est alors OK.

Trace du haut : signal en sortie de la porte XOR oscillatrice.
Trace du bas : signal en sortie de la porte XOR suiveuse, en fait l’horloge en entrée du premier compteur binaire 4520.

Bon maintenant reste plus qu’à mettre l’oscillateur au propre et à finir de câbler les DAC’s.

[Janpolanton]

Bonjour à tous
@ Gérard

'ai enfin trouvé un modèle de quartz 1 MHz fonctionnel
J’ai donc refait la simulation avec les 4070
Chose curieuse, avec les valeurs de résistances 2k2 et 4M7 du schéma, l’oscillation se fait correctement à 1MHZ mais le rapport cyclique n’est pas bon.
En mettant d’autres valeurs ( sur la simulation, je fait varier les valeurs jusqu’à un résultat satisfaisant) J’ai mis 47k au lieu de 2k2 et 100k au lieu de 4M7.
Voir les courbes obtenues ci-dessous.
Curieux n’est-il pas, surtout si votre montage fonctionnait avec vos valeurs… :mrgreen:

[Janpolanton]

Bonjour à tous en ce dimanche d’élections,

@Gérard,
J’ai repris la simulation du dernier schéma version « lite » sous LTspice car j’ai réussi à trouver un modèle pour le CD4520 (mais malheureusement pas pour le CD4518)
J’ai donc fait la simulation avec ce compteur. je ne pense pas que ça change grand chose sur le principe de fonctionnement.
J’ai aussi réduit le DAC à 9 bits car avec 10 bits et le LSB à la masse, la courbe ne démarre pas à 0 Volts.
On se rend compte de 2 phénomènes visibles sur les courbes de la simulation mais probablement pas gênants en mesures réelles.

1/ - Il y a une partie plate à OV entre chaque rampe due à Q9 qui reste à 1 durant cette phase.

Edité 10h40 pour ajout détails courbes Q9 - X8 - VCE

2/ - Il faut passer tout le cycle du 1er compteur CD4518 (3ème CD4520 sur mon schéma) avant de commencer les steps IB.
→ faux, après vérification, ça n’a aucune influence
Sinon, ça fonctionne bien.
Les courbes et le schéma de simulation ci-dessous :

[Raffou]

Bonjour à tous.

@JP, vous avez inversé collecteur et émetteur des transistors Q1 et Q5.

Remplacer le 4518 terminal par un 4520 ne fait qu’ajouter 6 marches de plus à l’escalier et abaisse par conséquent la fréquence de rafraîchissement dans un rapport de 1,6 (16 ÷ 10), toutes choses identiques par ailleurs.

Pour l’instant j’ai toujours fait mes essais avec une tension d’alimentation de ± 12 volts pour tout ce qui est analogique et de ± 5 volts pour le référence Vref. Avec un gain de 2 pour l’amplificateur terminal, les signaux ont alors une amplitude maximale de 10 volts en absolu ce qui laisse une marge de 2 volts suffisante je pense pour éviter l’emploi d’ampli OP du type « rail to rail ».
Au sujet de l’amplificateur du Vbe, on pourrait même porter son gain à 3,55 ((2 ÷ 9) × 16) pour que la dernière marche ait une amplitude avoisinant les 10 volts.

[Raffou]

Les DAC’s sont maintenant câblés. Pour le test, le prototype sera comme auparavant alimenté en ± 12 volts et la tension Vref appliquée sur les DAC’s sera de -5 volts pour obtenir des rampes positives (transistor NPN).

Déjà d’entrée, sur les 5 DAC’s AD7533 achetés à un chinois de Hong-Kong hé bien 2 sont complètement nazes.

Le résonateur 455 kHz a été câblé en définitif avec les condensateurs de 470 pF.
Cette fois-ci le -12 et le -5 volts ont été découplés par 0,47 µF au plus près des DAC’s.
Faute de TL082, c’est un TL084 qui le remplace.
Le gain du dernier amplificateur a été augmenté pour obtenir des marches d’escaliers d’une amplitude de 10 volts. A = 2 ÷ 9 × 16 = 3,555, la résistance interne du DAC ayant pour valeur 10 k? en vue d’assurer un gain unitaire, il faut donc lui ajouter extérieurement 25,555 k? pour obtenir le gain recherché. La plus proche valeur dans la série E96 est de 25,5 k?, à défaut d’une résistance à 1%, ce sont deux résistances de 51 k? en // qui la remplaceront pour le test.

Le signal triangulaire obtenu en sortie du premier amplificateur :

La pente ascendante du signal triangulaire est nettement plus perturbée par les « glitches » que la descendante :

Sur cette portion descendante, j’ai compté 15 « glitches » importants délimitant 16 intervalles. L’explication plausible est qu’il sont dus au fait que la liaison entre les deux compteurs binaires du 4520 est du type asynchrone alors que celles entre bascules d’un même compteur sont synchrones.

Reste à vérifier quel sera l’impact sur les courbes du transistor en test, faudra probablement insérer un filtre quelque part pour déparasiter et lisser ces rampes.

Maintenant au tour des marches d’escalier :

Il y a un petit souci, la dernière marche d’escalier devrait tangenter le trait noir du réticule juste au dessus pour que sa hauteur avoisine les 10 volts.
Après permutation des 2 DAC’s AD7533, c’est beaucoup mieux mais pas encore parfait :

Conclusion, ce lot d’AD7533 obtenu à vil prix est vraiment de mauvaise qualité, déjà 2 sur 5 de HS, et au moins 2 des 3 autres sont vraiment hors caractéristiques. D’ailleurs les marquages du recto ainsi que les dates de fabrication sont tous différents. Ces puces sont probablement issues de lots rejetés successivement par les contrôles qualité des usines pour se retrouver au final rachetées par des brokers.

Et pour finir le schéma mis à jour de cette version light du générateur de rampes :

[Janpolanton]

Bonjour à tous,
Maintenant, y’a plus qu’à mesurer un transistor pourvoir les caractéristiques.
Bravo, on arrive presque au bout.

[Janpolanton]

Bonjour,

Avec les bons gains des AOP, les courbes sont conformes à l’attente. L’inversion NPN/PNP aussi.

Je ne peux pas câbler en réel pour le moment car je n’ai aucun CD4518 ni CD4520

Pour les DAC, j’ai 1 AD7533 que m’a donné Sylvanus et pour le DAC 4 bits, je vais faire un ersatz avec des résistances et CD4053.