mardi 21 avril 2015

Réalisation d’un Wattmètre à charge 50 Ohms - 30 Watts

Réalisation d’un Wattmètre à charge 50 Ohms - 30 Watts

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Caractéristiques :
- Impédance 50 Ohms.
- Deux échelles de mesure, de 0 à 10 Watts et de 0 à 30 Watts.
- Fréquence maxi 500 MHZ.

Le schéma :

Wattmètre à charge 50 Ohms.JPG



Fonctionnement :


La puissance de l’émetteur arrive sur une résistance de 50 Ohms qui se comporte comme une antenne fictive car elle ne rayonne pas. Cette résistance doit être non inductive et être capable de dissiper la puissance de l’émetteur. On peut la fabriquer soit même en groupant des résistances du commerce mais si on veut monter haut en fréquence il est préférable d’utiliser une vraie résistance non inductive comme celle-ci-dessous.

SAM_0036.JPG

La résistance seule ne peut pas dissiper une telle puissance, il faudra la fixer sur un gros radiateur.
On trouve souvent dans les brocantes radioamateur ou dans le recyclage de matériel professionnel des charges 50 Ohms basées sur ce principe, c’est la solution que j’ai retenue.

SAM_0031.JPG
Cette charge 50 Ohms peut dissiper 30 Watts en continu et fonctionne jusqu’à 1 GHZ !

Lorsque cette résistance dissipe la puissance fournie par l’émetteur une tension apparait à ses bornes. Il suffit de la mesurer et d’en déduire la puissance, c’est le rôle des composants connectés en parallèle sur la résistance.
Ueff.JPG

Pour une puissance de 4 Watts RF, nous déduisons avec la loi de Joule que la tension efficace aux bornes de R est de :

U= Racine de P x R

Racine de 4x50 = 14,1V (eff.)

C’est une tension RF à la fréquence de l’émetteur. Il faut donc détecter cette tension sinusoïdale pour la rendre continue et pouvoir la mesurer avec un simple Voltmètre.

Uc.JPG

Le circuit de détection est composé d’une diode et d’un condensateur.
La diode laisse passer l’alternance positive et bloque l’alternance négative, le condensateur se charge à la valeur de crête de l’alternance positive. La valeur de la tension continue est de 14,1 x racine de 2 = 20 Volts.

Sur le schéma il y a 2 diodes !
En effet, si on veut mesurer une puissance de 30W, on a 55V aux bornes de la diode ! La 1N5711 est une diode Schottky à faible seuil (~ 0,3V) et qui monte très haut en fréquence mais elle ne peut pas supporter une tension inverse supérieure à 60 Volts environ. Pour éviter de travailler près de sa valeur limite j’en ai donc mis deux en série.
La valeur réelle aux bornes du condensateur sera : 20 – 0,6= 19,4V.
Le galvanomètre sert à mesurer cette tension, il doit donc comme tout voltmètre avoir la plus grande sensibilité possible pour ne pas perturber la mesure. J’ai utilisé un modèle 100µA de récupération.

Etalonnage :

2 possibilités :

1- On utilise une alimentation réglable en tension pour simuler les tensions crêtes qu’on aurait aux bornes de la charge pour des puissances de 5, 10, 15, 20, 25 et 30W et on trace les graduations correspondantes sur l’échelle du galvanomètre. Débrancher provisoirement les diodes et injecter la tension à l’entrée de l’ajustable de 50 K.
Commencer par la dernière graduation, 30W, qui correspond à une tension crête de 54,77V. Amener l’aiguille en fin d’échelle avec l’ajustable de 50 K. Tracer les autres graduations en se servant des valeurs dans le tableau du schéma. La procédure sera la même pour le calibre 10W.

2- On raccorde au montage un émetteur avec une puissance réglable de 5 à 30W, il suffit alors de mesurer la tension au bornes du condensateur de 1nF avec un multimètre à haute impédance et d’en déduire la puissance avec la formule : P = U crête² / 100.


Remarque : P= U eff² / R est égale à P = U crête² / 2R

La tension aux bornes du condensateur n’est pas tout à fait égale à la valeur de la tension crête aux bornes de la charge à cause du seuil de 0,6V des diodes.
Pour l’étalonnage avec la 2ème méthode la formule précise est :

P = (U mesurée + 0,6)² / 100


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Les quelques composants utilisés peuvent être soudés en montage volant ou sur un petite plaque de PCB.
73 – Jean-Luc – F1IEY

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