Jipihorn's Blog

août 24, 2015

97 – TDR et lignes de transmission

Filed under: Electronique, Fondamentaux, Test & mesure, Vidéo Blog — jipihorn @ 10:49

Une introduction la plus simple possible sur les lignes de transmission, l’impédance caractéristique et une application : le réflectomètre temporel (ou TDR) qui permet de diagnostiquer des câbles sans les déterrer.

Juste un détail dans les descriptions que j’ai remarqué à propos du début/fin de signal. Sur les descriptions, je parle de début/fin de signal sur le tableau ou sur l’oscilloscope au sens « dessin », c’est à dire début=coté gauche, fin=coté droit. Dans le domaine temporel, c’est évidement le contraire : la fin du signal incident est à gauche et le début est à droite (et inversement pour le signal réfléchi). Ceci pour éviter les confusions.

Jipi.

22 commentaires »

  1. Merci Jipi, toujours aussi passionnant.

    Commentaire par Jimy — août 24, 2015 @ 1:42

  2. Passionnant et étonnant de diversité physique.
    l’analogie est aussi faisable avec des tubes,(1/4 d’onde en acoustique,l’inversion de signe se faisant lorsque l’embouchure représente une Z acoustique très faible).
    comme sur les moteurs thermiques,tubulures d’échappements ou admissions.

    une des questions « connes »,les câbles USB n’ont pas de « contraintes » avec les Zc.
    comment être sûr du « couplage » entre source et récepteur.

    c’est une un des question « métaphysique » que je me suis posée.(suite à,par pur hasard,la rencontre de bruit dans la bande audio,avec différents câbles,de 3m).

    Thierry38.

    Commentaire par Thierry38 — août 25, 2015 @ 3:31

  3. USB a bien ne contrainte d’impédance caractéristique à partir de 2.0 de 45 ohm par branche (90 ohm en différentiel) qui est assuré par les puces PHY entre hôte et périphérique. Des résistances sont ajoutées éventuellement entre chaque branche pour équilibrer l’impédance différentielle pour que la réjections soit maximale.

    Mais pour USB 1, les vitesses ne sont pas suffisantes pour avoir besoin d’une terminaison.

    J.

    Commentaire par jipihorn — août 25, 2015 @ 4:08

  4. fait un essai rapide après avoir visionné
    une belle longueur de RG58 ( environ 50 mètres) me produit des choses surprenantes dont l’annulation du signal vers une fréquence de 1,2MHz avec un circuit ouvert au bout du câble

    j’ai eu utilisé ce principe pour pister des câbles détériorés à une époque ou je travaillais comme électricien sur un site militaire
    je me souviens encore d’une panne sur un circuit d’éclairage qui alimentait des projecteurs destinés à éclairer un monument
    éclairage qui n’était utilisé que quelques jours par an
    un jour , lors d’un essai : constaté en panne , pas de jus à l’arrivé alors que le départ est bien alimenté
    l’appareil nous a permis de trouver le défaut à 2 mètres près au bout de 150 mètres de parcours sous-terrain

    le défaut : une entreprise de travaux publics était passé avec sa pelle mécanique et avait arraché le câble

    le fonctionnement de l’appareil me paraissait obscur à cette époque mais me parait désormais évident

    je comprends mieux aussi la nécessité de respecter les 50 ou 75 ohm d’impédance spécifique d’un coax
    pareil pour les 110 ohm d’une ligne symétrique comme une liaison AES ou DMX 512
    je suppose que c’est la même chose pour un câble cat-5, les prises-réseau sont associées à des résistances de terminaison

    Commentaire par michel29 — août 25, 2015 @ 11:42

  5. Il y a eu dans les années 80 un ouvrage de R CH HOUZE ( Edition fréquences) qui traitait de la téléphonie
    Si mes souvenirs sont bons, l’aspect des lignes 600 ohm y était bien développé.
    L’appellation  » téléphonique » peut faire penser à une mauvaise bande passante audio mais une paire 600 ohm peut aller bien au delà.

    Commentaire par THIERRY BE — août 27, 2015 @ 10:48

  6. Comme d’hab… une initiation très didactique à un concept majeur de l’électronique.

    Une question que je me pose : existe-t-il des cas d’électroniques réceptrices (branchées au bout d’un câble) qui, pour optimiser la transmission du signal, adaptent ou ajustent automatiquement leur résistance d’entrée en fonction de l’impédance de la source et/ou de l’impédance caractéristique du câble ?

    Cf Cordell : il y a longtemps qu’on recommande un réseau RC au bout d’un HP. Cyril Bateman et avant lui des japonais en ont démontré la pertinence.

    Enfin un petit problème assez marrant que j’ai lu dans une revue ou sur le net et auquel m’a fait penser la vidéo.
    On relie une batterie à un câble bifilaire de très grande longeur par l’intermédiaire d’un interruptieur monopolaire. Comme charge, on met soit une résistance à l’autre extrémité du câble soit rien du tout (circuit ouvert). Aussi quand on ferme l’interrupteur, il passe soit du courant conformément à la loi d’Ohm, soit aucun courant.
    Question : comment le courant « sait »-il s’il doit passer ou ne pas passer alors qu’il n’a auicune connaissance sur l’état de l’extrémité du câble, très éloignée ?

    Commentaire par forr — août 27, 2015 @ 7:45

    • Ca, ça mérite un petit supplément car c’est typiquement ce genre de question qui montre à quel point on entre dans un monde beaucoup intuitif que l’électronique « conventionnelle ». C’est pas aussi simple à exposer car c’est aussi typiquement le genre de truc qui est beaucoup plus facile à comprendre qu’à expliquer…

      Commentaire par jipihorn — août 28, 2015 @ 8:27

  7. Très intéressant. Mais il me semble que tu as mis ton t-shirt à l’envers🙂

    Commentaire par Mathieu — septembre 12, 2015 @ 12:07

  8. Oui, c’est la première chose que j’ai remarqué et c’est quoi ces pubs de gonzesses en dessous de la vidéo?
    Bon c’est chouette de faire joujou dans son labo, mais quand Est-ce qu’on attaque les fondamentaux?

    Commentaire par FRANCIS LIBRE — septembre 12, 2015 @ 2:05

  9. Un article didactique et accessible sur les lignes de transmission:
    http://www.in2p3.fr/actions/formation/Numerique12/IN2P3_Frejus_112012.pdf
    On peut en profiter pour aborder un vrai problème qui n’a pas été évoqué dans les vidéos sur les condensateurs: les inductances parasites qui constituent un problème majeur en CEM. Combien voit-on de montages DIY avec des découplages à tout va. Souvenez-vous de l’époque Hiraga avec la grande mode du découplage outrancier qui faisait de ses amplis et préamplis de véritables générateurs de distorsion d’intermodulation. Le découplage est souvent mal compris et difficilement mesurable en HF. On voit en page 18 du document ci-dessus l’effet du découplage d’un condo de 100µF (électrolytique) avec un 10nF (faible ESL). Sur la courbe résultante, on observe un pic suivit de la résonnance du 10nF. Qui dit pic, dit augmentation de bruit aux alentour de ce pic et il y a donc du gain dans cette zone. Outre ce pic, la courbe résultante n’est pas franchement meilleure que celle du 100µF seul. Le 100µF a son impédance qui commence à augmenter à partir de 1MHz, au delà de cette fréquence, c’est l’effet inductif qui l’emporte, sauf pour la courbe résultante où on observe l’efficacité du 10nF mais dans une petite zone, très rapidement après la résonnance du 10nF, l’effet inductif devient prépondérant. Même quand l’effet inductif est présent après la résonnance d’un condensateur, il me semble qu’il peut rester efficace tant que son impédance reste faible devant le circuit qu’il charge. Il n’est donc pas judicieux de découpler un gros chimique TFRS avec un 100nF par exemple, car ce dernier peut entrer en résonnance avec le chimique (inductance élevée) à cause de son très faible amortissement (ESR très faible). Il vaut certainement mieux utiliser un condo chimique seul avec une ESR pas trop faible, au plus près d’un régulateur de tension par exemple.
    On peut également évoquer le comportement des condensateurs après un régulateur de tension à travers ces mesures:
    http://www.tnt-audio.com/clinica/regulators_noise2_e.html
    Trois constats à la lumière de ces mesures:
    * L’influence néfaste des condos à faible ESR après le régulateur (c’est particulièrement visible avec le fameux SANYO de 4,7µF) qui peuvent facilement faire osciller le LM317/337.
    * L’indispensable condo Cadj du LM317/337 qui permet non seulement de gagner 20dB en bruit et rejette en plus les résonnances des condensateurs de filtrage au delà de la bande audio. On remarque dans ce cas la superposition des courbes du LM317 et 337.
    * L’inutilité des valeurs élevées des condensateurs après le régulateur qui n’apportent rien en terme de bruit sur la bande audio. Un tantale de 1µF à faible ESL amorti par une ESR raisonnable est certainement plus efficace en HF qu’un chimique de valeur beaucoup plus élevée, c’est bien ce que l’on souhaite?
    Donc des découplages successifs après un régulateur de tension sont plus néfastes que l’utilisation « raisonnée » d’un type de condensateur dédié à la HF, là où le régulateur devient inéfficace. Une petite valeur de condo permet en plus de rejeter les pics de résonnances bien au delà de la bande audio sachant que ces résonnances on un gain de ESR/(2xPIxFoxL). ESR étant la résistance série du condensateur et L l’inductance série des pistes + ESL du condo. (Fo=1/2xPIxRac(LxC)). Donc limiter les découplages après un régulateur, c’est limiter les résonnances multiples entre condos qui risquent de faire osciller le régulateur.
    J’espère que l’inductance parasite fera l’objet d’une prochaine vidéo.
    On comprend l’avantage que représente l’intégration des amplis et l’utilisation de composants cms.

    Commentaire par FRANCIS LIBRE — novembre 15, 2015 @ 9:25

  10. Une solution simple et efficace permet de diminuer le facteur de qualité dû à l’augmentation de celui-ci avec la fréquence sur un rail d’alimentation (Q=2xPIxfxL): c’est l’insertion d’une résistance de faible valeur en série avec l’inductance du rail. Le facteur de qualité se trouve diminué (Q=2xPIxfxL/R). Avec cette résistance on construit un filtre RC passe bas (C~100µF) qu’on peut installer sur les alimentations des différents étages d’un montage à amplis op. Cette technique a longtemps été utilisée sur les consoles de mixage.

    Commentaire par FRANCIS LIBRE — novembre 15, 2015 @ 11:19

  11. Bien d’accord avec ce qu’écrit Francis Libre.

    Il m’étonne qu’on puisse encore voir acutellement des condensateurs de 4.7 µF en parallèle sur des électrochimiques de 33 mF ! et en même temps, aucune préoccupation d’anti-parasitage autour de l’association transfo-redresseur.

    A propos du condensateur de quelque µF en sortie de régulateur, Robert Pease raconte dans son livre « Trouble Analog Circuits » (dont la traduction est disponible avec un titre pesamment franchouillard aux éditions Elektor) une anecdote amusante.
    Des clients acheteurs d’un circuit d’alimentation construit en grande série se plaignaient que les dernières livraisons étaient affectées d’oscillations… alors que leur construction n’avait pas été modifiée. On a soupçonné un changement inopiné interne dans la puce de régulation. Que nenni, le coupable, c’était le petit chimique de sortie dont le fabricant, sans rien dire à personne, a perfectionné la formule pour en diminuer fortement l’ESR. Du coup, l’ensemble du circuit, bien standard, était devenu instable. Le mieux était l’ennemi du bien.

    Commentaire par forr — novembre 16, 2015 @ 1:34

  12. « Trouble Analog Circuits » –> correction « Troubleshooting… »

    Commentaire par forr — novembre 16, 2015 @ 3:13

  13. Le découplage des alimentations linéaires et des circuits qu’ils alimentent, n’est pas une affaire à prendre à la légère. AD explique cela clairement:
    http://www.analog.com/media/en/training-seminars/tutorials/MT-101.pdf
    A bon entendeur…

    Commentaire par FRANCIS LIBRE — novembre 21, 2015 @ 6:29

  14. Pour compléter les propos de Forr, il suffit de LIRE le data sheet du LM337 en page 7 au chapitre « external capacitors »:
    http://www.onsemi.com/pub_link/Collateral/LM337-D.PDF
    Donc les condensateurs « TFRS » ne sont guère utilisables dans le cadre d’une alimentation linéaire. Cela paraît être une évidence et pourtant, lorsque l’on soulève le capot de certains appareils…
    Les modules RC sur les rails d’alimentation ne sont pas franchement l’idéal car la résistance série augmente l’impédance de sortie du régulateur et diminue l’immunité au bruit en BF. Il faut tester, mesurer, encore mesurer en se débarrassant de toutes idées parasites…
    La mauvaise utilisation des composants dans le monde du DIY et du matériel ésotérique (conséquence de choix basés sur des critères subjectifs et (ou) d’un manque de connaissances) est la cause récurrente de nombreux déboires. Un minimum de savoir et de respect des fondamentaux, permet d’éviter de balancer de l’argent par les fenêtres. Ce ne sont pas les lecteurs de « l’audiophile » et autres revues et forums ubuesques qui pourront dire le contraire.

    Commentaire par FRANCIS LIBRE — décembre 30, 2015 @ 3:32

  15. … et il y ‘en a qui n’ont visiblement pas compris comment utiliser le LM317/337. C’est ici:
    http://forum.elektor.com/viewtopic.php?f=156010&t=2716204
    Encore Francis Ibre naturellement, qui affirme sans aucune preuve comme à son habitude, que le condensateur Cadj destiné à améliorer le taux de réjection de bruit du régulateur, doit être à faible ESR et cher (ça c’est du Ibre pur jus). C’est faux, car si il y a une forte sollicitation HF du circuit alimenté, il faut obligatoirement qu’il y ait une ESR suffisamment importante en HF pour amortir les condensateurs qui entourent le régulateur, sinon ils entrent en oscillation à cause des inductances parasites des pistes et ils font naturellement osciller le LM317/337. D’ailleurs il y a un commentaire dans le chapitre « comment améliorer le comportement des régulateurs » sur ce lien:
    http://www.sonelec-musique.com/electronique_theorie_reg_tension.html
    De plus, Ibre ne lit que ce qui va dans son sens (comme tout gourou de l’audio), car s’il se donnait la peine d’étudier en entier la fiche technique du LM317, il se rendrait compte qu’il est inutile d’augmenter la valeur de Cadj au delà de 10µF.
    Un LM317 pour alimenter les filaments des tubes? Quel intérêt? D’abord, la tension d’alimentation d’un filament n’a pas besoin d’être « propre » comme celle d’un circuit numérique, ensuite les filaments sont gourmant en courant et le LM317 n’accepte que 1,5A maximum. Un enroulement avec point milieu suffit à alimenter ces filaments en alternatif et c’est comme cela que fonctionnaient les bons amplis à lampes de naguère. Si on connecte un des ces amplis à une paire d’enceinte, ils ne font aucun bruit. Si ronflette il y a, c’est que le câblage est mauvais ou que le plan de masse n’est pas bon (c’est malheureusement le cas dans bon nombre de montages DIY et ésotériques).
    Donc pour construire une alimentation linéaire, il ne faut surtout pas utiliser de composants destinés aux alimentations à découpage (diodes rapides, condos TFRS, ect…).
    Non content de lui, Ibre en remet une couche sur les diodes:
    http://forum.elektor.com/viewtopic.php?f=156010&t=2716200
    Avec comme toujours, aucune démonstration à la clé venant de sa part. Tout ce qu’il sait faire, c’est ressortir un article bidon extrait de « the audio amateur » de 1999 (ouf) qui est une revue audiophile.

    Commentaire par FRANCIS LIBRE — mars 6, 2016 @ 4:35

  16. Bonjour,

    Mon oscillo chinois XDS de Owon supporte les trigger bus I2C, mais il n’a que 2 traces, bon c’est un 12bits c’es pardonnable.

    PFB

    Commentaire par Pierre — avril 6, 2016 @ 4:21

  17. Bonjour Forr. « troubleshooting analog circuits » est en effet un excellent bouquin de Robert Pease consacré à l’électronique « de terrain » avec tous les obstacles que l’on peut rencontrer en situation réelle, le chapitre sur les régulateurs et les condensateurs est éloquent… tu expliques que la traduction française de ce livre existe mais sous quel titre?

    Commentaire par FRANCIS LIBRE — juillet 19, 2016 @ 12:13

  18. Les éditions Elektor ont élargi leur distribution.
    https://www.elektor.fr/livres/audio
    Tout n’y est pas du même calibre.
    Quelques notes en vitesse :

    ‘Audio Power Amplifiers’
    de Arto Kolinummi
    Totalement dénué d’intérêt à mes yeux vu que tout ce qu’il contient a été plus subtilement et sobrement traité ailleurs.

    ‘Enceintes acoustiques et haut-parleurs’
    de Vance Dickason
    Dommage qu’Elektor n’est pas fait traduire la dernière édition en date, la 7ème, bien plus complète. Pour ceux qui lisent l’anglais, ça vaut le coup, et l’ouvrage dans cette langue est moins cher.

    ‘Le haut-parleur : manipulations et mesures électro-acoustiques’
    de Jo d’Appolito
    Là, c’est dommage que l’auteur n’ait pas sorti une nouvelle édition, la première et seule commence vraiment à dater.

    ‘Building Valve Amplifiers’
    de Morgan Jones
    Ni traduit ni même distribué par Elektor, je crois que c’est un livre très intéressant même si l’on n’est pas valviste. Je ne l’ai pas (encore) lu mais je connais l’auteur par quelques-uns de ses articles sur l’amplification à tubes, qui, bien que je ne la pratique pas, avaient vraiment retenu mon attention.
    https://www.amazon.fr/Building-Valve-Amplifiers-Morgan-Jones/dp/0080966381

    Commentaire par forr — juillet 19, 2016 @ 3:45

  19. Merci Forr pour les liens.
    En ce qui concerne le LM317/337, quelques principes de précaution doivent être envisagés si on ne veux pas avoir de mauvaises surprises. Tout d’abord, éviter de l’utiliser en dessous d’un courant de consommation de 50mA environ: l’inductance de sortie du régulateur augmente de façon exponentielle pour des courants inférieurs à une dizaine de mA. Cette augmentation de l’inductance se traduit par une augmentation de l’impédance de sortie du LM317/337 donc du bruit sur une bande de fréquences aussi large que 1MHz. Ensuite, l’indispensable condensateur Cadj qui permet de reléguer les résonances indésirables (donc les bruits) en dehors de la bande audio et de diminuer largement le plancher de bruit. Il doit être choisi avec une ESR pas trop faible (1-2ohms en HF) afin d’amortir des parasites HF. Une valeur de 22µF est pas mal. Si on augmente la valeur de Cadj, on augmente le bruit en dessous de 300Hz environ, de qui n’est pas grave étant donné que dans cette zone, les aop sont très réjecteurs de bruits, mais surtout, on évite de diminuer l’ESR (le mieux est l’ennemi du bien). Le condensateur de sortie a une valeur comprise entre 47 et 100µF (toujours garder un oeil sur l’ESR..). Les condensateurs de filtrage avant et après régulateur sont découplés par des céramiques genre X7R de 100nF placés à distance des chimiques et non pas « collés » dessus comme on le voit souvent, afin d’éviter les oscillations. Bien sûr la topologie du circuit reste le juge arbitre.
    En ce qui concerne les aop, D. Self conseille un découplage entre les rails d’alim + et -. Deux chimiques de faible valeur en entrée des circuits d’alimentation de la carte supportant les aop, permettent d’amortir les parasites HF, l’ESR devra être choisie en fonction du nombre d’aop à découpler…

    Commentaire par FRANCIS LIBRE — juillet 21, 2016 @ 4:52


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