A l'heure des analyseurs d'antennes, d'inductancemètre, de capacimètre, d'impédancemètre à microcontrôleurs
et affichage LCD le Grid-dip semble être dépassé. Mais si vous voulez mesurer la fréquence de résonance
d'une antenne, la valeur d'une inductance, et disposer d'un petit générateur HF sans grever votre budget
et tout en approfondissant vos connaissances, le retour sur investissement des quelques euros et du temps
consacré à la construction et l'utilisation de cet instrument vous sont garantis.
Dans la littérature radioamateur le Grid-dip a un destin bizarre. Toujours évoqué, rarement décrit, comme si
on pouvait encore en parler, mais pas le montrer. Démodé. Il est vrai que son usage purement analogique
nécessite quelques manipulations pour en tirer des résultats corrects.
De même qu'un couteau suisse ne remplace pas une perceuse, une scie sauteuse et un tournevis électrique,
le dipmètre ne rivalise pas en confort d'utilisation avec un impédancemètre ou un inductancemètre récent,
mais consultez un catalogue spécialisé, faites le total de la commande et comparez le au prix d'un récepteur
honorable. Et pour travailler le balsa et se faire la main le couteau suisse est bien suffisant.
Combiné avec le récepteur, une calculatrice ou un tableur et quelques petits montages additionnels le Grid-dip
permet de :
Un instrument pour mesurer, apprendre et comprendre. Son aspect didactique, lui, n'a pas de prix.
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Il se compose d'un oscillateur formé par L et le CV et d'un détecteur de niveau pris dans la gate du transistor
FET. Pour couvrir la gamme HF il faut compter 3 bobines interchangeables. Le CV est un double cage, un modèle
prélevé sur un vieux poste à transistor n'est pas le premier choix, mais peut convenir. Le potentiomètre P1
sert à régler le niveau prélevé sur le circuit en amenant l'aiguille du galvanomètre à environ deux tiers de
l'échelle.
Le niveau d'un tel oscillateur n'étant pas régulé, la position de l'aiguille peut fortement varier avec la
fréquence et nécessite des reprises de réglage en cours d'utilisation.
Mais en présence d'un circuit résonnant, une brutale déviation vers la gauche, le dip, indique un transfert
d'énergie entre l'oscillateur du dipmètre et le circuit résonnant, révélant ainsi la fréquence de résonance du
circuit sous test. C'est ce dip qu'il faudra guetter en faisant varier lentement la fréquence à l'aide du CV.
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La présence de la diode entre gate et masse, ainsi que la résistance en parallèle avec le condensateur entre
source et masse, diminue légèrement le niveau, mais améliore considérablement la pureté spectrale de signal
émis par l'oscillateur. Cette modification n'apporte rien dans l'utilisation classique du dipmètre, mais elle
permet de s'en servir comme générateur de signal, certes faible, mais convenable.
La détection de niveau se fait sur la source et le galvanomètre est pris en pont entre la source et le
potentiomètre P1. Cette configuration améliore la sensibilité de l'ensemble. Le dip devient décelable à
une plus grande distance du circuit mesuré.
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La construction présente 3 difficultés. Trouver le CV, confectionner les bobines et leur connexion, faire un
montage à jonctions courtes.
Si possible, utiliser un CV double cage à air. A défaut, un petit CV prélevé sur un vieux récepteur peut
faire l'affaire, mais l'oscillateur aura du mal à passer les 100 Mhz. Pour une utilisation en HF, cela peut
convenir. Dotez-le d'un large bouton et d'un généreux support de graduation. On doit pouvoir y marquer autant
d'échelles qu'il y a de bobines.
En général, le rapport mini/maxi des capacités que délivre le CV est environ de 1/10. L'excursion de fréquence
est donc de 3,3/1 pour une bobine donnée. La capacité du CV à prendre en compte pour évaluer la valeur des
inductances à construire est C1a en série avec C1b. Autrement dit, CV est à mesurer aux points de connexion
des bobines.
Pour avoir un recouvrement satisfaisant de fréquences les bobines sont construites dans un rapport 1 à 8.
Utilisez du fil émaillé d'1 mm et bobinez sur un support isolant. Pour la connectique, faites en fonction de
vos fonds de tiroirs.
Pour optimiser le fonctionnement HF et obtenir un montage à jonctions courtes la séparation en îlots de la face
cuivrée d'un CI est une bonne méthode et peut éventuellement éviter le perçage. Un support à bande cuivrée est
plus facile mais n'est pas l'idéal pour la VHF. Après montage il sera avantageux de couper les longueurs de
bandes inutiles. L'usage d'un boîtier métallique est souvent préconisé.
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L'instrument doit être étalonné et nécessite autant d'échelles que de bobines. Pour confectionner les
graduations de chaque échelle, il faut disposer d'un fréquencemètre sensible et précis. Un récepteur HF
doté d'un renifleur rempli parfaitement ce rôle. Une ou deux boucles de fil de un à deux centimètres de
diamètre, connectées à un morceau de câble relié au récepteur forment une très mauvaise antenne. Elle atténue
fortement les signaux extérieurs et privilégie la réception du signal issue du GDO.
On peut ainsi graduer les différentes échelles de Mhz en Mhz ou par pas de 500 kHz suivant la gamme à étalonner.
Attention toutefois aux harmoniques. La fréquence lue sur le récepteur doit être compatible avec la valeur du
CV et de la bobine. La valeur de CV est la combinaison série des deux cages C1a et C1b.
Lors des mesures, on se servira de ces graduations comme repères de fréquences et on utilisera le récepteur et
son renifleur pour déterminer la fréquence exacte d'oscillation.
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Pour effectuer la mesure d'une inductance LX, on procède de la façon suivante.
de résonance unique F.
environ 1 cm.
utilisée vous remarquerez une brusque variation de niveau par un rapide déplacement de l'aiguille. A la
résonance, le circuit LX CB absorbe de l'énergie fournie par l'oscillateur, c'est le dip. Comme les deux
inductances sont très proches elles interagissent et faussent la mesure.
de l'aiguille soit à peine perceptible.
Feuilles de calculs sous Excel Omctrlw.xls Onglet Mesures réf. gd1
On peut mesurer une capacité inconnue CX à l'aide d'une inductance connue LB, en procédant de la même manière.
La formule devient alors: CX = 25330/(F²LB) avec CX en pF, F en Mhz, LB en µH.
Feuilles de calculs sous Excel Omctrlw.xls Onglet Mesures réf. gd2
Le paragraphe ci-dessous « Encore plus de précision » traite des précautions et d'une manipulation pour améliorer
les performances de la mesure des inductances. Rappelons que l'inductance est le composant le plus facile à
fabriquer, quelques tours de fils sur un support isolant, mais le plus difficile à mesurer, surtout les faibles
valeurs rencontrées en HF.
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Une boucle côté Grid-dip pour le couplage à la bobine de l'instrument.
Une boucle côté circuit à mesurer pour le couplage de la bobine du circuit sous test.
Deux fils torsadés pour relier les deux boucles de couplage.
Ou
Un simple morceau de fil isolé enroulé sur une connexion du dipmètre et sur une liaison du circuit LC.
Les boucles forment un couplage inductif (par inductance), le fil enroulé forme un couplage capacitif,
(par condensateur).
Le couplage inductif est aussi utilisé pour mesurer la résonance LC d'une inductance torique.
Si, comme moi, vous avez des difficultés à obtenir un dip avec le couplage capacitif décrit, utilisez le
montage suivant.
Le signal est prélevé sur le dipmètre par une pince croco sur contact direct sur un connecteur et envoyé,
via un condensateur de faible valeur directement sur le circuit LC. Pour rendre le dip plus net, il peut être
nécessaire de charger le circuit par un bout de fil connecté symétriquement à l'arrivée du signal.
Ce montage est particulièrement utile pour mesurer des inductances sous capot métallique qui empêche le
couplage inductif.
Mesure de la fréquence de résonance d'un élément rayonnant.
Toute pièce métallique est susceptible de rayonner des ondes radio ou servir de collecteur d'ondes. Ainsi,
une échelle, un sommier, un morceau de fil électrique peuvent être connectés au récepteur directement, ou mieux,
via un coupleur. Mais même sans dispositif d'adaptation, n'importe quel élément métallique possède des
caractéristiques radios particulières. Une de ces caractéristiques est la fréquence de résonance qui varie
avec la configuration géométrique, telle que la longueur, l'épaisseur, la forme, etc...
Une bobine de forme allongée améliore le transfert du signal du Grid-dip vers l'antenne à mesurer et facilite
la lecture du dip. Un porte-manteau métallique ou un fil enroulé sur un large support augmente le couplage
inductif le long de l'antenne et rend l'instrument plus sensible. Le support de la deuxième solution sert aussi
à fixer le dipmètre et ménage les connecteurs en supportant le poids de la bobine.
Cette expérience vaut la peine d'être réalisée avec une échelle métallique ou sur un fil tendu entre deux
isolateurs. Un fil d'une dizaine de mètres provoque un dip aux environs de 14,5 Mhz, 22 Mhz, 28 Mhz...
Soit à des fréquences qui correspondent à des multiples entiers de demi-longueur d'onde.
Rappelons qu'à la fréquence de résonance, l'impédance d'une antenne est purement résistive, la partie
réactive est nulle et que c'est à cette fréquence que son rendement est le meilleur. Malheureusement cette
impédance peut être très élevée et très différente de l'impédance d'entrée du récepteur ce qui justifie dans
pratiquement tous les cas l'utilisation d'un coupleur. Dans le cas de la résonance le coupleur sert alors
uniquement à « adapter » l'impédance, la « conjugaison » de la partie réactive étant inutile puisque nulle.
Lors de l'étalonnage vous avez sans doute remarqué que les graduations de deux échelles différentes évoluaient
suivant un rapport à peu près constant. Par exemple, sur mon support de graduation la fréquence 23 Mhz se
trouve juste au-dessus de 9 Mhz. Le rapport 23/9 (2,56) se retrouve tout au long des deux échelles. Cette
propriété peut se révéler bien pratique lors de l'utilisation occasionnelle de bobines particulières. Pour
faciliter le repérage de la fréquence d'une bobine à laquelle ne correspond aucune échelle spécifique,
procédez de la manière suivante.
Les valeurs sont indiquées à titre d'exemple. Toute autre valeur peut convenir.
En cours d'utilisation de la bobine sur support, vous notez un dip à 5 Mhz lu sur l'échelle comprenant la
graduation de 3 Mhz. La fréquence réelle est aux environs de 10 Mhz ( 5*2) que vous précisez à l'aide du récepteur.
Ce procédé « d'étalonnage minute » peut servir pour toutes les bobines que vous jugerez bon de construire et
d'essayer.
Et vous voilà équipé pour mesurer la fréquence de résonance de tout ce qui ressemble de près ou de loin à
une antenne.
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Un reproche fréquent fait au Dipmètre utilisé en mesure de composant est le manque de précision,
particulièrement dans la mesure d'inductance. Ce reproche est justifié si on le met en concurrence avec
des instruments professionnels mais la différence de prix plaide en sa faveur. En présence d'instruments
conçus et réalisés avec des moyens et un budget « amateur », il soutient honorablement la comparaison. Un
autre avantage du dipmètre est d'effectuer la mesure à une fréquence proche de la fréquence d'utilisation
du composant. Tester par exemple, une inductance sur ferrite de 3 µH sur un pont alimenté à 1 Khz et au
dipmètre aux environs de 9 Mhz donnera des résultats différents, mais j'ai tendance à accorder plus de
crédit au résultat obtenu à 9 Mhz, surtout quand on sait que l'influence de la ferrite sur la valeur de
l'inductance change avec la fréquence. Et il y a plus de chance qu'une telle inductance soit utile à 9 Mhz ou
plus, qu'aux fréquences audio.
Mais ce n'est pas une raison pour ne pas prendre toutes les précautions pour améliorer encore la qualité des
résultats. Pour y parvenir, il faut :
Un condensateur KS au styroflex est un très bon choix, la céramique, trop sensible à la température est à
proscrire. Comme nous allons l'étudier, il est inutile d'utiliser un condensateur CB de précision. La
méthode décrite va nous permettre de déterminer précisément la valeur CB à prendre en compte pour les
calculs. La capacité de précision CP servira à l'étalonnage, mais ne sera pas monté à demeure et pourra
resservir en d'autres occasions.
Etalonnage précis de CB et du support de connexion.
On appelle :
Effectuez les mesures suivantes.
Il ne reste plus qu'à faire les calculs. En notant que:
FH² = K/(LX*CB) et FB² = K/(LX*(CB+CP)) et en faisant le rapport FH²/FB²
Il arrive : CB = CP/(FH²/FB²-1).
Feuilles de calculs sous Excel Omctrlw.xls Onglet Mesures réf. gd3
Cette procédure permet de déterminer la valeur de CB et des capacités parasites du support de connexion. C'est
cette valeur qu'il faudra utiliser pour les calculs des inductances à mesurer. Il est maintenant possible de
calculer LX par la formule habituelle, LX = 25330/(FH²*CB), et fabriquer des inductances étalons pour la mesure
de condensateurs, si l'on ne dispose pas d'un capacimètre.
Remarquez que la même méthode, la double mesure, s'applique en présence d'un filtre LX//CX pour trouver les
valeurs des deux composants qui le constituent.
Mesure de composant de faible valeur.
La double mesure est aussi intéressante pour la mesure de composant de faible valeur. La différence de fréquence
de résonance est significative si l'on insère un composant dans un circuit Lb//Cb connu.
Pour une inductance de faible valeur Lx la connexion se fait en série avec Lb, pour un condensateur de faible
valeur Cx on connecte Cx en parallèle avec Cb.
On procède comme précédemment.
Pour Lx:
Le calcul: Lx = 25330*(FH²-FB²)/(FH²*FB²*CB)
ou
calcul de LB en fonction de FH,CB et: Lx = (FH²/FB²-1)LB
Feuilles de calculs sous Excel Omctrlw.xls Onglet Mesures réf. gd4
Pour Cx:
Le calcul: CX = (FH²/FB²-1)CB
Feuilles de calculs sous Excel Omctrlw.xls Onglet Mesures réf. gd5
En espérant avoir quelque peu redoré le blason de cet instrument et que ces quelques lignes en incitent quelques
uns à le construire. Pour un SWL il s'agit sans doute du premier « émetteur ».