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Catégorie : Mesures
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ROSMETRE-WATTMETRE HF


avec détection de puissance de crête

 

Je possède depuis 30 ans un bon vieux Heathkit HM-102 qui permet de mesurer le ROS ainsi que la puissance sur les bandes HF en deux gammes de 200 et 2000W.

Il fait partie des « success-stories » de Heathkit.

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La partie HF du ROSmètre-Wattmètre peut être séparée de l'affichage ce qui est très pratique.

La lecture sur le microampèremètre est très claire et l'ergonomie de l'appareil est à mon avis parfaite.

Vous trouverez ci dessous le schéma relevé sur la documentation de l'époque que j'ai relue avec émotion.

Ça c'était des kits !

HM102_clip_image006

Le but n'est pas de décrire un autre ROSmètre, tout a sûrement été dit sur le sujet, mais d'apporter une information supplémentaire pour la mesure de puissance dans une utilisation en SSB ou en CW.

En effet, ce genre d'appareil ne donne des informations justes que pour un régime de porteuse bien établie et stable, le reste du temps nous voyons osciller l'aiguille autour de valeurs qui n'ont pas de rapport évident avec la puissance efficace délivrée. Ce qui permet aux constructeurs de pouvoir donner des puissances de sortie PEP extraordinaires, ce terme de PEP définissant une valeur de puissance fugace et insaisissable et donc difficilement contestable.

Nous allons donc essayer de « saisir » ces watts au vol.

 

Objectif de la modification

Pour le réglage d'un amplificateur décrit dans un précédent article, j'ai été amené à faire de nombreux « tunes » à pleine puissance en porteuse pure et ceci est assez stressant pour les tubes et le matériel.

Les réglages de l'amplificateur à faible niveau ne correspondent pas avec ceux réalisés à pleine puissance et ceci est facilement explicable mais là n'est pas le propos.

Pour tirer le maximum de HF de notre PA avec le maximum de rendement, on est donc amené à faire ces « tunes » relativement longs pendant les retouches successives de l'accord plaque et de la charge antenne « load ».

Une méthode de réglage, couramment entendue, consiste à faire des « AAAAA » au micro et de se régler sur cette tonalité. Mais la puissance affichée sur notre wattmètre correspond au tiers ou à la moitié de la puissance de crête, la mesure n'est pas très stable et le réglage n'est pas optimum. De plus, comme ce niveau moyen indiqué par l'appareil se situe à un niveau bien inférieur à la puissance « vendue » par le constructeur, bien des Om ont tendance à pousser un peu le gain micro pour avoir une puissance plus satisfaisante à leurs yeux. Erreur funeste qui conduit à une saturation de l'amplificateur avec apparition des « splatters » et distorsions.

Une autre méthode consiste à se mettre en CW et d'émettre des points en continu, le rapport cyclique des périodes d'émission permet de soulager d'autant les tubes du PA.

Mais la puissance indiquée sur le wattmètre et fonction du rapport cyclique des périodes d'émission et vous ne saurez pas votre puissance de sortie réelle.

La bonne solution serait de pouvoir se régler sur la puissance de crête et non plus en fonction de la valeur intégrée par le cadre mobile du galvanomètre. Un tel dispositif existe sur les wattmètres Bird sous la forme d'une carte d'adaptation alimentée par deux piles 9 V.

Sur une suggestion de Michel F5FLN et sur un schéma de Didier F5AUW, j'ai rajouté un détecteur de puissance de crête sur une épave de HM-102 dont la carte de circuit imprimé avait été détruite par l'envoi d'une puissance excessive sur 80 mètres alors que la Lévy était restée sur 40. A moins que ce ne soit l'inverse, l'ancien propriétaire de l'appareil ne se souvenait plus très bien.

SCHEMA

Voici le schéma de la nouvelle carte ainsi que le circuit imprimé correspondant.

 

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Sur le schéma d'origine du HM-102, une détection supplémentaire permettait la calibration de l'appareil. Un diviseur capacitif alimente une diode chargée par une résistance de précision.

En se plaçant sur 7Mhz, la mesure relevée permettait d'ajuter sur la même lecture le niveau de la détection sur la branche « forward » du tos mètre. Cette procédure bien pratique ne m'a pas parue assez précise, aussi je l'ai supprimée du schéma.

On peut repérer facilement sur la partie gauche du nouveau schéma les éléments d'origine.

Pour le détecteur de crête situé sur la partie droite, une alimentation externe est nécessaire, soit le 12V de la station, soit un petit bloc alimentation externe. La tension n'est pas critique, entre 10 et 18V environ.

Les deux ampli-op ont besoin d'une tension négative pour amener la sortie au zéro volt du galvanomètre. J'ai utilisé pour cela un petit convertisseur de marque TRACO NME0505S.

Il a nécessité une pré-régulation à 5Volts par un régulateur 78L05 ici en montage CMS.

REALISATION

J'ai récupéré sur l'ancienne carte le tore et les diodes de détection au germanium 1N925.

J'ai aussi implanté sur le circuit imprimé des diodes shottky CMS SOT23 HSMS-2800 si les diodes germanium sont HS ou introuvables.

Si vous voulez réaliser le tore, bobinez 20 spires de fil émaillé 3/10 mm, deux fils en main sur un tore de 12 à 15mm d'un matériau adéquat dont on relie les deux extrémités opposées pour mettre en série les enroulements. Le tore est ensuite fixé sur le circuit imprimé par un rivet laiton dont la partie cylindrique est soudée sur la face cuivre.

Un fil de cuivre de 2mm gainé téflon, relie les deux prises SO239 et traverse le tore pour y induire les courants HF, directs et réfléchis qui seront ensuite mesurés.

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Circuit imprimé 87 x 87 mm , vu coté cuivre

 

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Vue des composants CMS (en violet) coté cuivre

 

Les éléments en bleu sont montés sur la face « composants »

Le circuit imprimé est en simple face, les composants CMS sont au format 1206.

Sur la face composants on trouve les éléments en bleu : les potentiomètres de réglage, le tore et les diodes de détection, le condensateur ajustable pour le NUL de TOS, la résistance de 68 O, le circuit intégré LF353 et le convertisseur continu/continu qui génère la tension négative nécessaire à l'amplificateur opérationnel.

Les trous de fixation permettent un montage sur les colonnettes d'origine du HM-102.

Le boîtier HF est relié par un câble 7 conducteurs à la face avant. L'ancien câble n'est pas réutilisable. Récupérer les perles de ferrite pour les placer sur chaque fil et en rajouter si possible sur les deux fils supplémentaires de l'ampli détecteur de crête.

Liste des composants

 

Qté Repère Valeur
1 C0 100 pf MICA ARGENTE 500V
2 C1,C2 0.1 µf
1 C3 20 pf
3 C4,C5,C23 100 nf
2 C7,C8 150 pf
1 C9 1 µf
1 C10 10 µf
9 C11,C12,C14,C15,C19,C20,C24,C25,C26 1 nf
2 C13,C16 10 nf
1 C17 22 nf
2 C18,C22 4.7 nf
2 D1,D2 1N295 germanium, Shottky 1N5711
1 D4 HSMS-2800, diode shottky AVAGO
1 J3 JACK ALIM 2.1mm
1 P1 200 k O
1 R1 3.3 k O
1 R2 68 O 1W
2 R4,R3 470 O
3 R6,R18,R25 50 k O ajustable
2 R7,R9 22 k O
2 R8,R14 100 k O
1 R10 10 k O
1 R11 2.2 k O
1 R12 4.7 k O
1 R13 56 k O
1 R15 47 k O
1 R16 1 k O
1 R17 20 k O
1 R19 220 k O
1 R20 100 O
1 SW1 INVERSEUR DIR/REF
1 SW2 COMMUTATEUR de FONCTION
1 SW3 COMMUTATEUR NORMAL/PEAK
1 T1 Tore
1 U1 NME0505S, C&D TECHNOLOGIES
1 U2 LM78L05A/SO
1 U3 LM7808/TO220
1 U11 LF353

REGLAGES

ROSMETRE

Dans un premier temps, il faut vérifier que le tore n'est pas inversé.

Brancher une charge fictive de qualité sur la sortie du wattmètre est envoyer environ 25W avec votre transceiver en mode FM.

Vérifier sur les deux points de détection « REVERSE » et « FORWARD » la tension détectée. Elle doit être bien supérieure sur le point « FORWARD ». Sinon, inverser les deux extrémités du tore.

Faire ensuite le zéro sur le microampèremètre avec le condensateur ajustable en position SWR REVERSE. La tension réfléchie mesurée doit tomber à zéro.

Le ROSMETRE est alors prêt à l'emploi.

Tarer à pleine échelle sur la position « FORWARD » à l'aide du potentiomètre P1, ensuite pousser le bouton du potentiomètre pour lire directement la valeur du ROS sur l'échelle correspondante. Sur la charge bien sur le ROS est de 1/1.

WATTMETRE

L'étalonnage sur les deux gammes se fera par comparaison avec un wattmètre de référence par l'ajustage des deux potentiomètres. Il est nécessaire de commencer par étalonner la gamme 200 W avec R6 avant de régler la gamme 2000 W avec R25. De préférence faire ces réglages sur les deux valeurs pleine échelle.

DETECTEUR DE CRETE

Commuter le galvanomètre sur la position « crête ».

Puis faire le zéro du galvanomètre avec le potentiomètre d'équilibrage R18.

Régler ensuite la résistance ajustable d'entrée R11 à la même valeur que la résistance du galvanomètre, 1000 O dans le cas du HM-102. Si vous connaissez la valeur exacte, montez une résistance fixe si une valeur normalisée correspond

En dernier, ajuster le gain par R17 pour que sur une porteuse stable (mode FM par exemple), les indications soient identiques en mode normal et en mode crête.

Le wattmètre est alors opérationnel.

Vous pourrez alors constater qu'en mode « crête », la puissance indiquée correspond, sur de la parole ou en CW, à la puissance de la porteuse en mode FM.

En passant d'un mode à l'autre vous observerez les différences d'affichage.

ADAPTATION A VOTRE ROSMETRE

La partie détection de crête du schéma est adaptable à tous les rosmètres/wattmètres, de réalisation amateur ou du commerce.

La détection de la puissance de crête comprenant le circuit LF353 avec son alimentation +8 V et -5V peuvent être montés sur un petit circuit imprimé et intercalé juste devant le galvanomètre de votre appareil de la même manière que sur le HM-102.

Avec trois trous judicieusement percés, un 78L05 en boîtier TO92 peut être monté à la place du modèle CMS.

 

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Les composants tracés et repéré à l'envers en bleu sont positionnés coté composants, les composants CMS coté soudure sont repérés en violet.

Conclusion

Vous pouvez maintenant avec ce détecteur de crête régler gain micro et excitation de façon à obtenir la puissance maximum sans saturation.

Les réglages de votre amplificateur se trouveront facilité par un régime beaucoup moins pénible pour vos précieux tubes du PA, et vous bénéficierez enfin d'une indication fiable de la puissance de sortie.

Les fichiers images du circuit imprimé peuvent se télécharger sur ce lien : peak_power.zip

Bibliographie

Proceeding CJ 1991, F5ELL

     

Lucien F1TE

Septembre 2006