Construisez un lampemètre

                
par Daniel  Maignan/F6HMT

Je possède un lampemètre américain Hicock TV7/U, facile d’utilisation et pratique pour vérifier rapidement la fonctionnalité d’un tube, mais qui ne permet pas toutefois d’en évaluer les caractéristiques, comme c’est possible avec le Metrix U61.
Grâce aux performances obtenues aujourd’hui avec les circuits à semi-conducteurs, en particulier en ce qui concerne leur tenue aux tensions élevées, l’élaboration pour un coût raisonnable d’un appareil performant pour tester les tubes électroniques, devient une réalité.
Oublions d’emblée ces pentemètres automatiques et autres modules dont on vante les possibilités et qu’il est bien d’avoir dans son labo (« nice to have »,  comme disent souvent les anglo-saxons), mais qui finissent immanquablement par prendre la poussière sur une étagère.
Le but de la description qui suit est de fournir aux amateurs que nous sommes, les moyens de construire entièrement un lampemètre efficace, avec lequel il sera du reste aisé de mesurer la pente, comme nous le verrons.
Pour cette réalisation j’ai utilisé le plus possible les composants et pièces détachées accumulés au fil des années dans mes fonds de tiroirs.

I have got an American Hicock TV7 / U valve tester, easy to use and serviceable for quickly checking the functionality of a tube, but which doesn’t allow its characteristics to be evaluated, like with the Metrix U61.
Thanks to the performances obtained today with semiconductor circuits, particularly concerning high voltages, the development at a reasonable cost of a high-performance device for testing electron tubes, is becoming a reality.
Let's forget from the outset those automatic transconductance meters and other modules whose possibilities are praised and which it is nice to have, but inevitably end up taking over dust on a shelf. The purpose of this following description is to provide amateurs we are, the means of entirely constructing an efficient tube meter, with which it will be easy to measure the tranconductance, as we'll see below.
For this achievement I used as much as possible the components and spare parts accumulated over the years in my drawer bottoms.

1) Introduction:

La présentation de l’appareil qui va suivre est seulement donnée à titre indicatif, car sa réalisation pourra évidemment refléter les goûts et désirs de chacun.
Le recueil de combinaisons du Metrix U61, facilement disponible et indiquant les tensions à appliquer et les courants à mesurer pour chaque tube, est utilisé avec ce lampemètre, ce qui représente un avantage certain. 
Il se présente sous la forme d’un pupitre en bois légèrement incliné, de 10 degrés par rapport à l’horizontale, dont la surface de base est égale à 315 x 270 mm ². Il dispose de deux commutateurs de tension filament, neuf sélecteurs permettant la configuration de chacune des broches du tube à tester, et offre la possibilité d’appliquer et de mesurer les tensions préconisées dans le lexique, ainsi que les courants dont elles sont le siège (figure 1). 

Figure 1- Vue de l’appareil 

Le principe de test est identique à celui du U61, avec un seul système de connecteur recevant un adaptateur dédié à un modèle de support, voire deux ou trois modèles, tels ceux rassemblant les supports Noval et miniatures 7 broches, ou bien les supports octal et transco représentés sur la figure 2.
Dans cette réalisation, nous resterons dans les produits fermiers, mais la pâte du fameux camemberts du U61 est remplacée par celle du «Vieux Pané », moins odorante (hi) et de forme rectangulaire, donc plus simple à réaliser ! (Figure 3).

    Figure 2 – Module de test pour les tubes octal ou tranco

Figure 3 – Boîte de fromage «Vieux Pané » (humour)

Enfin, comme évoqué dans le préambule, toutes les alimentations sont délivrées par des circuits à semi-conducteurs, avec limitation du courant total débité par les trois sources de haute tension, et protection par un disjoncteur électronique. 

2)Présentation de l’appareil :

La partie supérieure du coffret reçoit la platine (figures 4) sur laquelle est fixé au verso le circuit imprimé (figure 5) et tout le câblage des commutateurs et des prises du module de test, ainsi que les organes de mesures et de commandes.
L’ensemble est détaillé ci-dessous, de gauche à droite et de haut en bas :

• Le voltmètre numérique de mesure de Vg1
• Le milliampèremètre numérique pour la mesure du courant anodique ou d’écran, selon la position de l’inverseur placé au-dessous.
• Le voltmètre de mesure de Va, Vg2 ou Vg3, selon la position du commutateur qui se trouve dessous.
• Le potentiomètre de réglage de Vg1.
• Le bouton poussoir de test Ig1.
• Le voyant à led rouge indiquant la disjonction.
• Les deux prises miniatures qui offrent la possibilité de mesurer le courant Ig3 en y connectant  un milliampèremètre (sinon doivent être réunies par un  cavalier).
• Les deux commutateurs pour les 14 tensions de filament disponibles.
• L’emplacement du module de test avec quatre prises miniatures 2 mm et un support type octal.
• Les trois potentiomètres de réglage de Va, Vg2 et Vg3.
• Les 9 sélecteurs à 10 positions qui seront détaillés plus loin. 

Figure 4 – Platine du pupitre

Figure 5 – Verso de la platine avec le circuit imprimé et le câblage

Une plaquette de commandes accessible sur la paroi verticale avant reçoit, de gauche à droite, l’interrupteur bipolaire général arrêt/marche (SW1), surmonté d’un témoin à led rouge et du fusible général secteur F1 de 0,5A. A droite se trouvent l’interrupteur de mise sous tension de l’appareil, surmonté d’un témoin à led jaune et du fusible 3,5A (F2) de protection du circuit de chauffage, puis les embases miniatures qui permettent de connecter un voltmètre pour la vérification éventuelle de la tension filament, et les prises de masse. Au-dessus se trouve le bouton poussoir de test (SW3) (figure 6).

Figure 6 – vue avant du pupitre

La prise secteur normalisée CE est disposée à l’arrière de l’appareil (figure 7). 
Le coffret repose sur quatre pieds en caoutchouc qui sont fixés aux quatre coins de la plaque de fond en aluminium supportant les deux transformateurs et la plaquette relais (figure 8).

Figure 7 – Vue de demi-profil arrière du pupitre

Figure 8 – Plaque de fond du pupitre
 

3) Description technique:

Les éléments composant l’appareil sont les suivants:

• 1 transformateur TR1 100VA 2 x 300Veff + 2 enroulements de 5 et 6,3Veff (ou 2 x 6,3V).
• 1 transformateur TR2 de 40V /1,5A pour la tension de chauffage.
• 1 groupe de 9 sélecteurs à 10 positions pour la configuration des broches du tube en test.
• 2 commutateurs pour le choix de la tension filament.
• 1 commutateur de mesure des tensions Va, Vg2 ou Vg3 (SW6).
• 1 inverseur pour la lecture du courant anodique ou du courant écran (SW5).
• 2 prises pour la mesure éventuelle du courant Ig3 (K2 et K3)
• 1 bouton poussoir pour le test du courant grille Ig1 (SW4)
• 3 appareils de mesure numériques LCD (un milliampèremètre et deux voltmètres).
• 4 potentiomètres 10 tours pour le réglage de chaque tension.
• 1 carte de circuit imprimé supportant les alimentations Vch, Va, Vg1, Vg2 et Vg3, la sécurité et les réglages, ainsi que les alimentations annexes des circuits de mesures. 
• 1 interrupteur général (SW1) et fusible (F1) et témoin à led rouge. 
• 1 interrupteur de mise sous tension (SW2) et témoin à led jaune. 
• 1 bouton poussoir pour activer le test du tube (SW3).
• 1 indicateur de disjonction à led rouge.
• 1 indicateur de filament bon à led verte.
• 2 prises pour la vérification éventuelle de la tension de chauffage (K8 et K9).

La source de chauffage peut fournir une gamme de quatorze tensions différentes s’étendant de  1,4V à 45 volts sous 3 ampères au maximum. 
Un fusible de 3,5 A (F2) accessible sur la plaquette avant protège le circuit de chauffage.

Le schéma électrique de l’ensemble de l’appareil se divise en 5 parties qui sont décrites ci-dessous :

• La section Vg1 et tensions annexes.
• La section Va, Vg2, Vg3 et disjoncteur.
• La section chauffage filament.
• Le câblage extérieur au circuit imprimé et les interconnexions avec celui-ci.
• Le câblage agrandi des sélecteurs et du support de module de test.  

a) Examen du générateur de la tension de grille Vg1 et des tensions annexes : 
      (figure 9)
Afin d’alléger l’appareil et de faire l’économie de un, voire deux transformateurs, le choix s’est porté sur l’implantation originale et peu coûteuse d’un petit convertisseur permettant de générer à la fois la tension Vg1 qui est normalement une simple polarisation sans consommation de courant, et d’alimenter chaque afficheur, par trois sources de tension flottantes et indépendantes. 
Ce convertisseur fonctionne avec un transformateur à noyau torique en ferrite (TR3) qui est logé sur le circuit imprimé.
Alimenté sous 8V par un régulateur 7808 (U3), un multivibrateur astable constitué des quatre  portes du circuit 4093 (U1), délivre deux signaux en opposition de phase à une fréquence approximative de 25 kHz aux deux transistors MOS FET IRLD024 (T7 et T8). 
Pour connaître les caractéristiques et la réalisation de TR3, se reporter à l’appendice N°1.
Les secondaires ns2, ns3 et ns4 du transformateur fournissent trois tensions flottantes identiques pour l’alimentation des trois afficheurs. 
La tension aux bornes de l’enroulement ns1 est redressée, doublée puis stabilisée à –45V par un régulateur LR8 (U2) et en sortie, un potentiomètre 10 tours de 100 kohms permet de régler la polarisation à la valeur désirée. En série se trouve le bouton poussoir SW4 mettant en circuit la résistance R78 de 10 kohms de façon à évaluer, par une simple manœuvre, la valeur d’un courant grille éventuel. 
Enfin, une diode 1N4007 protège le circuit contre un éventuel retour de haute tension en cas de court-circuit dans le tube en cours de test.

 Figure 9   

b) Examen des alimentations anodique Va, grille écran Vg2 et grille N°3 Vg3 (Voir la figure 10):

Ces trois alimentations sont issues de la même source haute tension de 2 x 300Veff qui est fournie par le transformateur TR1 et redressée en double alternance par deux diodes 1N4007.
Chaque alimentation est gérée individuellement à l’aide d’un régulateur haute tension LR8, circuit pourvu d’une limite interne en courant égale à environ 20 mA (@25°C, celle-ci diminuant à mesure que la température croît).
La tension de sortie dépend du rapport des résistances entre la sortie « Vout » et l’entrée « ADJ » d’une part, et de cette dernière et la masse (voir la figure 11). Le circuit régule la tension entre Vout et ADJ à 1,20 V et cette tension est amplifiée dans le rapport des résistances. De plus un courant constant de 10 µA est généré par l’entrée ADJ, ce qui augmente la tension de sortie d’un montant égal au produit 10 µA x R2.

Figure 10 
 

Figure 11 – Principe de fonctionnement du LR8
 

Afin d’augmenter les capacités en courant de l’alimentation anodique Va, un transistor  amplificateur de courant supplémentaire T2 est intercalé entre le régulateur et le transistor final T1. Plusieurs diodes et condensateurs sont placées aux endroits adéquats afin d’assurer la protection du circuit et des transistors et d’éviter l’apparition d’oscillations parasites susceptibles de se produire, selon la charge de sortie. 
Les alimentations des grilles Vg2 et Vg3 présentent une configuration semblable, excepté l’absence du transistor intermédiaire. 
Elles peuvent délivrer chacune, en actionnant un potentiomètre de 100 kohms 10 tours, une tension comprise entre une dizaine de volts et 250 V continu. 
La somme des trois courants débités (Ia + Ig2 + Ig3) ne doit pas dépasser une certaine limite fixée par un réglage interne, entre 100 et 200 mA. 
Si la limite est atteinte, le disjoncteur électronique se déclenche et réduit les tensions de sortie à une valeur proche de 0. 
Un milliampèremètre numérique permet de mesurer le courant anodique Ia ou le courant de la grille écran Ig2 et un voltmètre numérique affiche, la tension anodique Va, ou bien la tension écran Vg2 ou la tension Vg3. 
Le courant Ig3 peut être mesuré par un milliampèremètre extérieur.


c) Fonctionnement du disjoncteur :
Examinons le comparateur LM311 (U7). Au repos la tension sur l’entrée inverseuse est plus élevée que sur l’entrée non-inverseuse, ce qui se traduit, comme la sortie du comparateur est conductrice, par une tension voisine de 0 V. 
A la mise sous tension, la sortie Q de la bascule 4013 (U8) se positionne automatiquement au niveau logique « 0 » et sa sortie complémentaire au niveau « 1 », grâce au circuit intégrateur C7/R18 sur l’entrée « Reset ».
Lorsque le bouton poussoir « Test » (SW3) est actionné, le courant continu correspondant à la somme des 3 courants Ia, Ig2 et Ig3 du tube en cours de test se referme sur la masse à travers la résistance de R1 égale à 6  en y développant une tension négative proportionnelle.
A l’entrée du LM311, la tension négative susmentionnée vient se soustraire à la tension fixée par le pont 2,2 k/1 k (R3/R5) sur l’entrée inverseuse. Pour un certain courant, le potentiel relatif de l’entrée inverseuse  devient inférieur à celui de la consigne établie par le potentiomètre P4 sur l’entrée non-inverseuse et la sortie du comparateur se bloque, le niveau passe brusquement à 8 V et déclenche la bascule 4013 dont la sortie Q passe à un niveau haut faisant fortement conduire le transistor T5 qui « tire » la commande de tension des trois régulateurs vers la masse en réduisant ainsi les tensions de sortie à une valeur proche de 0 V. Dans le même temps le transistor T6 conduit et la led rouge indique la disjonction des alimentations.
Pour réinitialiser le disjoncteur, il faut bien entendu éliminer l’origine de la surconsommation, en l’occurrence le tube défectueux, puis basculer SW2 sur Arrêt puis sur Marche.
(Nota : le bouton « Réinit. »  est uniquement destiné aux essais.)

d) Examen du circuit d’alimentation filament :
(figure 12)
La source de chauffage provient du transformateur TR2 de 40 Veff et peut fournir une gamme de quatorze tensions différentes s’étendant de  1,4 à 45 volts sous 3 ampères au maximum (cette gamme peut être étendue, à l’instar du U61). 
La tension issue du secondaire du transformateur TR2 est redressée par un pont de diodes, filtrée et contrôlée par un régulateur à découpage à haut rendement dont la tension de sortie est commandée par un jeu de quatorze résistances sélectionnées par deux commutateurs. 
Ce régulateur de tension à découpage LM2576 HVT- ADJ (U9) du type « step down », fonctionne à une fréquence relativement élevée de 52 kHz qui facilite le filtrage et permet l’utilisation d’une inductance L1 standard d’une valeur assez faible.
Un deuxième filtrage, assuré par la cellule passe-bas 10 µH (L2)/470 µF(C34), élimine les derniers résidus de bruit généré par le découpage. 
Le courant est limité à 3 ampères par le circuit qui possède également une protection contre l’échauffement excessif, ce qui constitue l’ensemble d’un dispositif dont le fonctionnement est très sûr.

Pour de plus amples informations sur le fonctionnement de ce type de convertisseur, cliquer sur le lien suivant:

http://maignan-daniel.e-monsite.com/medias/files/notes-conv.-buck.pdf

La conduction d’un transistor 2N2222 (T7) provoquée par le courant de retour qui passe par le pôle négatif du pont redresseur, active un témoin à led vert qui indique que le filament du tube n’est pas coupé. 
Noter que la tension, qui est obtenue à partir d’un régulateur à découpage à haut rendement, est de ce fait une tension continue redressée, filtrée et parfaitement stable. 
La tension de chauffage qui est appliquée directement sur le support du tube via l’adaptateur, peut être vérifiée par un appareil de mesure externe.
La gamme des tensions disponibles est la suivante, cette liste n’étant toutefois pas exhaustive, comme déjà mentionné :

1,4 V-2 V- 2,5 V - 4 V- 5 V-  6,3 V - 7,5 V- 10 V - 12,6 V - 20 V -  25 V -  30 V - 35 V- 45V

Le calcul de la tension de sortie Vch est donné par la formule suivante, Rx étant la résistance à calculer pour obtenir la tension souhaitée :

                                            Vch = VREF (1+Rx/R60), 

                                        d’où Rx = R60(Vout/VREF –1)

Remplacer dans la formule ci-dessus la valeur dans le schéma de la résistance R60 = 1,2 kohm et VREF = 1,23 V

Figure 12

4) Construction(*):

a)Le coffret :
Il est réalisé en contre-plaqué de 15 mm d’épaisseur, les côtés sont découpés à la scie sauteuse, puis collés et assemblés avec des pointes fines sans tête. 
Sur l’avant, une fenêtre dans laquelle s’encastrera la plaquette de commande en aluminium, est découpée, et à l’arrière est prévu l’emplacement de la prise secteur (figure 7). Sur la partie supérieure, un épaulement qui recevra la platine et ses fixations a été rajouté à l’intérieur, avec un retrait de 3 mm, correspondant à l’épaisseur de la tôle. 
Prévoir également un petit épaulement en haut de la fenêtre à l’avant pour le maintien en place de la plaquette en aluminium.
Les aspérités et imperfections du coffret dues, en ce qui me concerne, à un outillage rudimentaire et une modeste pratique de la menuiserie, sont ensuite comblées avec de l’enduit ou de la pâte à bois. 
Une fois sèches, les surfaces planes sont poncées avec du papier de verre (grain 220), et les angles sont arrondis. 
Après un  bon dépoussiérage, une première couche de peinture en bombe est appliquée. 
Une fois le bois bien sec, à nouveau léger ponçage avec un papier de verre à grain très fin (280), dépoussiérage puis seconde couche de peinture.
La plaque du fond en aluminium de 2 mm ou plus, est découpée à la dimension extérieure du coffret, puis percée selon les entraxes des trous de fixation des deux transformateurs, des trous de fixation de la plaquette à cosses relais, des quatre pieds en caoutchouc et au moins trois trous sur chaque bord, en retrait de 7,5 mm, pour le maintien de la plaque sur le fond (figure 8).
Vers l’avant à gauche, prévoir également deux trous pour la fixation de la plaquette de commande en aluminium (figure 6).

b) La platine :
La platine supérieure en aluminium d’une épaisseur de 3 mm est découpée aux dimensions intérieures du coffret.
Un dessin avec Paintshop Pro ou Photoshop est réalisé avec tous les motifs, la calligraphie, les repères avec graduations de 0 à 9, en respectant les diamètres et les secteurs pour les commutateurs et les sélecteurs, sans oublier de tenir compte de la taille des boutons (figure 13), ainsi que les repères pour le perçage des trous.
Une copie à l’échelle 1 est imprimée puis soigneusement collée sur la platine pour réaliser le pointage des trous avec un pointeau et les découpes (figure 14).
Ensuite la platine est percée et usinée avec les moyens de l’atelier. La figure 15 la représente  terminée. 

Figure 13 – Empreintes des commutateurs
 

Figure 14 – Pointage des trous
 

Figure 15 – Platine percée 
 

Celle-ci est ensuite dégraissée et nettoyée, puis la version finale du dessin (figure 16) est méticuleusement collée avec une colle à papier sans solvant, un film plastique de protection transparent est superposé et collé sur les bords avec du ruban adhésif. Tous les trous sont découpés précautionneusement avec un scalpel très coupant, ce travail exigeant une certaine dose de patience.

Figure 16 – Motifs et calligraphie de la platine
 

Le film pourra être remplacé par une plaque de polycarbonate de 1mm. Restera cependant à trouver la solution pour les perçages et découpages : scalpel ou perceuse, à voir.
Il est également possible d’utiliser une machine à plastifier, mais il faudra travailler en deux parties, car le format de la platine est supérieur au A4.

(*) Outillage de base nécessaire: scie sauteuse, scie égoïne, scie à métaux, cisaille, perceuse portative,   
       perceuse à colonne, forets, meule, marteau, tournevis, spatules, limes diverses, scalpel…
      Quincaillerie : clous fins sans tête, vis, plaque aluminium, bois contre-plaqué, papier de verre, colle à bois, 
      enduit ou pâte à bois, bombe de peinture en aérosol, ruban adhésif, film mylar ou plaque de polycarbonate 
      transparent...

c)Le circuit imprimé :

La figure 5 montre la maquette d’étude des circuits sur une plaquette à trous métallisés. 
J’ai cependant réalisé le dessin d’un circuit imprimé simple face de 185 x 99 mm de la figure 17.

Figure 17

5)Les composants et pièces détachées :
L’appendice 3 donne la liste des composants ainsi que des pièces détachées et la figure 18, le brochage des composants actifs qui sont nécessaires pour mener à bien cette réalisation, ainsi que quelques indications d’approvisionnement et de prix.

Figure 18 - Brochage des composants actifs

On peut se procurer facilement tous les composants qui sont des références courantes, chez nos fournisseurs habituels, ou bien via ebay ou AliExpress. 
J’ai eu cependant quelques déboires avec des lots de composants défectueux achetés sur ebay qui provenaient de Chine (commande de 10 x LR8, tous défectueux et également 25 % de déchets sur les potentiomètres 10 tours…), c’est un risque à prendre car les potentiomètres 10 tours de fabrication européenne ou américaine par exemple, coûtent quatre fois plus cher. 
Le circuit intégré pour le chauffage est disponible sur ebay à un prix dérisoire, bien spécifier la référence complète :

                                                   LM2576HVT-ADJ 

Le transformateur TR1 d’une puissance idéale égale ou supérieure à 100 VA, a été récupéré sur une épave, sa haute tension secondaire à vide devra être égale à 2 x 300Veff  (2 x 270Veff au minimum) et il devra comporter 2 enroulements de 6,3Veff ou 5Veff et 6,3Veff qui seront connectés en série.
Le transformateur TR2 a été récupéré sur un ancien équipement électronique.
Tous les commutateurs et sélecteurs, ainsi que tous les boutons à flèche proviennent de récupération. 
Certains commutateurs ont été modifiés afin d’obtenir une harmonie mécanique de l’ensemble; tous ont été nettoyés, contacts et cosses débarrassées des résidus de vieille soudure, puis plongés dans un bain de white-spirit avec brossage à l’aide d’une brosse à dents.
Il est cependant aisé de trouver un fournisseur sur l'internet (par exemple 1C 10P de la marque LORLIN, 3 euros environ).

6)Câblage :
Un lampemètre n’est pas un appareil bien compliqué, mais il faut tout de même admettre qu'une telle réalisation demande de la patience, du soin et un brin de pugnacité car il s’agit en fait d’un assemblage de circuits identiques comportant un nombre important de commutations de circuits, donc avec un câblage dense, qui bien que ne présentant pas de difficultés particulières, devra être soigné.
Concernant le circuit imprimé, gardons à l’esprit que certaines pistes contiguës ou voisines de plans de masse, seront soumises à des différences de potentiel continues élevées pouvant dépasser 400 volts. Aussi, une fois le câblage terminé, il faudra veiller à bien nettoyer le côté cuivre avec un pinceau à poils durs ou une brosse à dents et de l’alcool.
La fonction de chaque borne d’entrée et sortie du circuit imprimé est indiquée et dotée d’un numéro que l’on retrouvera sur tous les schémas, afin de faciliter le travail de câblage et d’éviter les erreurs. 

Le lampemètre se divise physiquement en trois parties :

- La plaque de fond associée à la plaquette de commande, qui supporte les transformateurs  avec le câblage électrique des interrupteurs, témoins et prises, les deux  condensateurs de filtrage et la plaque relais de départ du faisceau de fils gainé vers la platine (figure 19).

Figure 19 – Plaque de fond, plaquette de commande, plaquette relais et gaine

- Le circuit imprimé, dont l’implantation est représentée en figure 20, supporte les trois alimentations à haute tension et les dispositifs de protection, la génération de la tension Vg1 et des alimentations des afficheurs et la génération des tensions de chauffage. A noter que les associations de résistances de programmation de la tension de chauffage ne sont pas sur le circuit, mais câblées directement sur les commutateurs S10a et S10b, voir la figure 22. 

La figure 20 bis montre un exemplaire du circuit imprimé avec tous ses composants.

Figure 20 

Figure 20bis 

- La platine supportant les sélecteurs et les commutateurs de tension de chauffage et de mesures, les potentiomètres de réglages, les appareils de mesures, diverses prises et l’alimentation du module de test, avec tout le câblage filaire illustré en partie sur la figure 21.

 Figure 21 – Vue partielle du câblage des sélecteurs  

Figure 22 – Vue du câblage des résistances sur S10a et S10b

Enfin la figure 23 montre le schéma général de l’ensemble et de ses interconnexions avec le circuit imprimé qui est délimité par une ligne pointillée sur laquelle toutes les bornes d’entrée et de sortie sont accompagnées de leur numéro, et la figure 24 représente un agrandissement du schéma des sélecteurs avec un rappel de la fonction de chacune des 9 positions. 
Un regard sur la figure 25, qui montre la façon dont le câblage des potentiomètres de 100 kohms 10 tours, est nécessaire. 

 Figure 23 – Schéma général

Figure 24 – Les sélecteurs 

Figure 25 – Câblage des potentiomètres

7)Conseils et mesures indicatives:
Des cavaliers CAV1, CAV2, CAV3 et CAV4, ont été prévus sur la carte de circuit imprimé afin de faciliter la recherche d’une panne éventuelle en offrant la possibilité d’isoler chaque section dans le but de déceler un éventuel circuit défectueux.
Il est fortement recommandé de ne jamais faire des essais ou des manipulations sous tension, pour sa propre sécurité, mais aussi pour celle de certains composants, tels les LR8. 
Ces derniers, donnés pour supporter une tension différentielle (entre l’entrée et la sortie) maximum de 450 V, et qui possèdent une limitation en courant de 20 mA @25°, bien que protégés en température, peuvent malgré toutes les protections, claquer facilement en cas de manipulation hasardeuse sous tension, ce qui serait le cas par exemple en essayant de rajouter un condensateur sous tension.
En général ce composant claque et n’est plus qu’un court-circuit, dans ce cas la tension de sortie se met au maximum de sa valeur et n’est évidemment plus régulée. 
Il est donc conseillé d’utiliser des supports pour ces composants, des supports de transistor que nous possédons tous dans nos fonds de tiroirs.
Tous les circuits ne sont insérés dans leur support qu’au moment de la mise au point.
Le modèle de récupération de transformateur TR1 utilisé dans ma réalisation ne doit faire que 80 VA, mais je recommande plutôt d’utiliser un 100 VA dans la mesure du possible.

AVERTISSEMENT :

Il est indispensable de prendre toutes les mesures de précaution relatives à la sécurité.
En particulier, ne jamais intervenir dans le câblage sous tension.

8)Vérifications et réglages :
Avant toutes choses, procéder à une vérification attentive du circuit imprimé, puis de l’ensemble du câblage.
Seul CAV1 est en place.
Vérifier que SW2 est sur "Arrêt".

1)Contrôle du circuit filament :
 Mettre SW1 sur "Marche".
La led 4 « Marche » doit s’allumer et on doit mesurer une tension égale à environ 50-55 volts cc sur C31, mais qui doit être impérativement inférieure à 58 V.
Vérifier la tension de sortie sur K8 ou sur la borne 5 du circuit imprimé en fonction de la valeur de la résistance de programmation (R61 à R74). Si la valeur de la tension de sortie n’est pas celle attendue, revoir le câblage, ou bien la résistance, ou l’association des résistances en question. 

Le tableau 1 ci-dessous est donné à titre indicatif :

Tableau 1

Vérifier ensuite l’indicateur de "filament bon" (led 2) en mesurant la tension sur la résistance R58 (figure 12), tout en simulant un courant de chauffage avec une résistance.
Le tableau 2 est donné à titre indicatif avec une tension filament de 45 V et de 30 V; on voit que l’éclairage de l’indicateur de filament bon est déjà correct à 45 mA, ce qui est presque la consommation du filament d’un tube miniature 7 broches batteries.
Mettre ensuite SW1 sur Arrêt.

 Tableau 2

2) Contrôle des circuits de haute tension :

a)Mettre en place U4, U5 et U6.
Mettre les interrupteurs SW1 et SW2 sur Marche. 
La led 3 « Prêt » doit s’allumer.
Mesurer la tension sur la résistance R10 de 100 kohms (figure 24) qui doit être égale à environ 400 VDC et ne jamais dépasser 430 VDC (transfo avec HT trop élevée).

b)Mettre CAV2 en place.
Vérifier la présence de 400 VDC entre les collecteurs de T1 et T2 (figure 10) et la masse en appuyant et en maintenant le poussoir de TEST SW3.
Mesurer la tension sur la sortie 27 du circuit imprimé (émetteur de T1). 
Positionner P5 au maximum, sens horaire. 
Ajuster P1 pour obtenir 260 volts.
Positionner P5 au minimum, on doit mesurer une valeur voisine de 10 VDC.
Relâcher SW3.
Positionner P5 au maximum.
Mettre SW2 sur Arrêt.
Connecter une charge sur la position 8 (Va) des sélecteurs.
Mettre SW2 sur Marche.
Vérifier en appuyant sur SW3, que la régulation de tension fonctionne : 

Pour une tension secteur égale à 230 Veff et une tension de sortie Va = 250 V avec un débit Ia variant de 0 à 120 mA (charge de 2080 ohms/30W), la régulation de charge est de 2% et passe à 1,5% entre 0 et 100 mA (charge de 2500 ohms/25W).

                                                                                       V à vide – V en charge
 Ce taux de régulation est donné par la formule : -----------------------------------   x 100
                                                                                                    V  à vide

c)Mettre CAV3 en place.
Vérifier la présence de 400 VDC entre le collecteur de T3 (figure 10) et la masse en appuyant et en maintenant le poussoir de TEST SW3.
Mesurer la tension sur la sortie 23 du circuit imprimé (émetteur de T3). 
Positionner P6 au maximum, sens horaire. 
Ajuster P2 pour obtenir 260 volts.
Positionner P6 au minimum. On doit mesurer une valeur voisine de 10 VDC.
Relâcher SW3.
Positionner P6 au maximum.
Mettre SW2 sur Arrêt.
Connecter une charge de 10kohms 8W sur la position 6 (Vg2) des sélecteurs.
Mettre SW2 sur Marche.
Vérifier en appuyant sur SW3, que la régulation de tension fonctionne. 

d)Mettre CAV4 en place.
Vérifier la présence de 400 VDC entre le collecteur de T4 (figure 10) et la masse en appuyant et en maintenant le poussoir de TEST SW3.
Mesurer la tension sur la sortie 19 du circuit imprimé (émetteur de T4). 
Positionner P7 au maximum, sens horaire. 
Ajuster P3 pour obtenir 260 volts.
Positionner P7 au minimum. On doit mesurer une valeur voisine de 10 VDC.
Relâcher SW3.
Positionner P7 au maximum.
Mettre SW2 sur Arrêt.
Connecter une charge de 10kohms 8W sur la position 7 (Vg3) des sélecteurs.
Mettre SW2 sur Marche.
Vérifier en appuyant sur SW3, que la régulation de tension fonctionne. 

Ensuite mettre SW1 et SW2 sur Arrêt.

4)Réglage du disjoncteur :
Mettre U7 et U8 en place.
Mettre SW1 et SW2 sur Marche. Vérifier la tension sur la broche 3 du LM311 qui doit être égale à 1 volt (typique : 1,02V). Le tableau indicatif ci-dessous donne les valeurs de tension sur la broche 3 en fonction du courant de sortie sur Va:

Va = 260V       Ia        V  LM311 (3)
                         0           1,02V
                       50mA     0,83V
                       96mA     0,66V
                      110mA    0,60V
                      130mA    0,54V
                      150mA    0,44V 
                      196mA    0,34V             

Régler P4 pour obtenir sur la broche 2 du comparateur la tension du tableau correspondant au courant de disjonction désiré (valeur conseillée 150 mA).
Vérifier le bon fonctionnement en connectant en sortie les charges correspondantes sur la sortie Va.
Pour la valeur de la charge : R = Usortie /Isortie et puissance de la charge : P = (Usortie)²/ R.
Lorsque la disjonction se produit, les trois hautes tensions tombent à une très faible valeur et la led rouge « Disjonction » doit s’allumer.

Ensuite mettre SW1 et SW2 sur Arrêt.

Rappelons que ce lampemètre est le siège de tensions pouvant atteindre 500 volts, ce qui représente un réel danger pour la personne, en particulier durant ces vérifications. Aussi il est fortement recommandé de mettre hors tension pour faire les connexions diverses nécessaires aux tests et de toujours intervenir d’une seule main, avec la seconde dans sa poche. L’auteur, qui publie bénévolement ses réalisations, se dégage de toutes responsabilités quant aux accidents d’électrocution qui pourraient survenir, en rapport avec la construction ou la mise au point de cet appareil.  
 

5)Vérification du générateur de Vg1 et annexes :
Mettre U1, T7 et T8 en place.
Mettre SW1 et SW2 sur "Marche."
Vérifier la tension alternative entre les bornes 9 et 10 qui doit être égale à 12 Veff environ.
Vérifier la tension de sortie de U3 qui doit être égale à 8 VDC.
Les trois afficheurs doivent s’allumer et la tension sur la borne 13 du circuit imprimé doit être égale à –45 VDC.
Si la tension n’est pas égale à –45 VDC, vérifier les résistances R52 et R53. 
En cas de défaillance, vérifier à l’oscilloscope les signaux de commande en sortie 8 et 9 de U1 qui doivent être des créneaux alternés et identiques de 8V d’amplitude, selon les oscillogrammes de la figure 9 (fréquence approximative 25 kHz, période du signal : 40 µs environ). 
Vérifier également la tension sur C22 qui doit être d’environ 7,6VDC.
 
9)Utilisation et conclusion :
La figure 26 montre l’appareil en cours de test d’un tube TF2 DARIO au brochage européen, la figure 27, le test d’un tube octal EF37A, la figure 28 le test d’une penthode noval EL84 et la figure 29, le test d’un miniature 7 broches 6BE6.

Figure 26 

Figure 27

Figure 28

Figure 29

J’ai porté une attention particulière à la documentation de ce projet, en souhaitant que vous preniez du plaisir à lire son cheminement technique.
Il est satisfaisant de pouvoir compter dorénavant, pour un investissement modeste, d’à peine plus d’une centaine d’euros, sur un appareil d’une grande souplesse d’utilisation et de surcroît précis et stable, doublement satisfait dirais-je même, car cela m’a permis d’employer des pièces détachées que je stockais depuis plusieurs années dans mes fonds de tiroirs et mes armoires.
Pour information, sont publiées dans l’annexe 5, deux feuilles qui regroupent (dans le désordre) les conditions de test d’un certain nombre de tubes à brochage européen, celles-ci ne figurant pas dans le lexique Metrix, que j’ai établies à partir des courbes caractéristiques des constructeurs. 
Notons que cet appareil qui met en œuvre des résistances variables pour le réglage de chaque source de tension, s’avère propice à une évolution future vers une programmation des tensions par logiciel.
Ce lampemètre avec lequel j’ai déjà testé plusieurs centaines de tubes divers, a avantageusement remplacé, grâce à une taille et un poids réduits, et aussi une précision et une stabilité accrue, l’ancien Metrix U61.

Bonne lecture et bonne réalisation.

Je me ferai un plaisir de répondre à toutes vos questions, via mon site.  

Daniel Maignan/F6HMT 

 
Documents en annexe:

-1) Réalisation du transformateur TR3. 
-2)Réalisation des modules de test.
-3)Liste des composants.
-4)La pente : définition et mesure.
-5)Feuilles de test de tubes européens avec le DMU20. 

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 Annexe 1 

Détails du tore pour le transformateur TR3 :
Les enroulements sont réalisés sur un tore en ferrite du modèle de celui représenté en figure 30 et dont les dimensions et les caractéristiques sont les suivantes :
-Diamètre extérieur : 37,5 mm
-Diamètre intérieur : 21,7 mm
-Epaisseur : 16,2 mm 
-Matériau N87, inductance spécifique AL = 2940µH/100sp² , perméabilité µ = 2200.

La référence chez Radiospares est la suivante :
B64290L0674X087  (coût environ 4 euros)

    Figure 30

Confection du transformateur :
Débuter par le primaire np avec 2 fils émaillés de 35/100 torsadés sur 16 spires et connectées selon la méthode illustrée sur la figure 31. 

Figure 31

Pour faciliter les enroulements sur le tore, il est conseillé de bobiner au préalable le/les fils sur un petit rouleau de bristol ou bien sur un dévidoir de ligne à pêche, afin de passer dans l’anneau comme on le ferait avec une navette (figure 32).

Figure 32
 

Une fois le primaire terminé, recouvrir entièrement la surface d’une couche de ruban PTFE (teflon®), puis bobiner le secondaire ns1 avec 66 spires de fil émaillé de 20/100. 
Recouvrir d’une nouvelle couche de ruban PTFE.
Confectionner une torsade de 3 fils de 35/100 émaillés pour ns2, ns3 et ns4. 
Bobiner la torsade sur 16 spires, chaque fil constituant la source d’alimentation d’un afficheur.
Recouvrir l’ensemble de ruban PTFE.
Les fils doivent être bien repérés de façon à les connecter correctement, voir sur le schéma de la figure 9 et sur l’implantation du circuit imprimé de la figure 20.

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 Annexe 2

Les modules de test :
Les modules sont tous réalisés de la même façon, avec deux platines en aluminium de 93 x 55 mm de 1,5 ou 2 mm d’épaisseur solidarisées par quatre entretoises de 30 mm de long (voir le plan en figure 33).

Figure 33 – Exemple de plans de perçages  

La platine inférieure reçoit une embase de tube octal récupérée sur un tube hors service, l’idéale étant une embase de tube MG (Metal Glass), voir la figure 34, et quatre fiches miniatures mâles de 2 mm. Celles-ci sont emmanchées à force avec leur capuchon dans le trou correspondant. Une fois correctement positionnées, l’embase octal et les quatre fiches sont collées sur la platine avec de la colle epoxy (araldite®).

Figure 34 – Tube octal MG et son embase

L’une des fiches est dédiée au + V chauffage, la deuxième au  -, c’est à dire la masse, et les deux autres à la broche 9 du tube, quand elle existe, ou bien au téton.
La platine supérieure reçoit les supports.
La figure 35 donne l’exemple du câblage à réaliser pour quatre modules :

• Noval – min. 7 broches – min. 7 broches batteries.
• Européen standard – Européen grand modèle.
• Octal - Transco.
• Rimlock.

Figure 35 – Câblage des modules de test

Une fois la validité du câblage vérifiée, les modules peuvent être fermés par une ceinture en  tôle de fer étamé comme le montre la figure 36.

Figure 36 – Vue des modules

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   Annexe 3

          Liste des composants

Cliquer sur le lien : http://maignan-daniel.e-monsite.com/medias/files/liste-composants-v2.1-4.doc

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 Annexe 4

 La pente, la plus importante caractéristique dynamique d’un tube. 

Prenons l’exemple d’une triode avec ses trois électrodes : la cathode, la grille et l’anode. Le schéma de la figure 37 représente le tube avec la cathode comme référence des potentiels,  avec l’anode connectée à une source haute tension à travers une résistance de charge Ra et une tension de polarisation négative sur la grille.

Figure 37

Dans ces conditions, le tube est le siège d’un courant anodique Ia qualifié de courant de repos.
Le circuit d’entrée du signal se trouve entre la grille et la cathode et le circuit de sortie entre la plaque et la cathode. Ce signal alternatif appliqué à l’entrée va être reproduit sur la résistance de charge en faisant varier le courant anodique autour de sa valeur de repos.
La pente d’un tube quantifie l’action de la tension grille sur le courant anodique.
Celle-ci est représentée par la caractéristique de transfert Ia = f(Vg1) dont un exemple est illustré sur la figure 38.
La mesure de la pente S (de la caractéristique) revient à examiner comment varie le courant anodique de la triode en fonction de la tension grille Vg1 pour différentes valeurs de tension anodique Va.

Figure 38

Rien de plus simple que d’accomplir ces mesures avec notre lampemètre. Comme il y a deux variables, l’acquisition des données se fait de la manière suivante :

a) On donne à la tension anodique une valeur fixe et on fait varier la tension grille Vg1, de volt en volt, par exemple, et pour chacune de ces valeurs, on note le courant anodique Ia correspondant. On trace ensuite la courbe Ia  = f(Vg1).
b) On donne différentes valeurs à la tension anodique Va, de 50 volts en 50 volts, par exemple, et pour chacune de ces valeurs, on trace une courbe de Ia = f(Vg1) et l’on obtient ainsi une famille de courbes Ia-Vg1, comme le montre la figure 39. 

Figure 39

A noter que les valeurs de Vg1 pour lesquelles Ia devient nul s’appellent les tensions de « cut off » du tube.
On voit très bien le rôle de « frein » que joue la grille vis à vis du courant plaque: plus la tension grille est négative et plus il faut une tension plaque élevée pour avoir un courant donné.
En définitive la pente du tube est la pente de la caractéristique de la fonction sur sa portion rectiligne. Mathématiquement elle s’exprime par le rapport entre la variation de courant Ia sur la variation correspondante de Vg1, ou bien encore par la tangente de l’angle que fait la caractéristique avec l’horizontale (figure 40). 

Figure 40

Physiquement elle exprime l’efficacité du contrôle de la grille sur le courant plaque. Le gain d’un amplificateur dépend directement de la pente, d’où l’importance de ce paramètre.

                                                                   ∆ Ip
                                                  S       =   --------------   pour Va constante   
                                                                  ∆ Vg

Avec S en milliampères par volt, ∆Ip en milliampères et ∆Vg en volts. 
Le terme transconductance est plutôt employé par les anglo-saxons. En effet le quotient d’un courant par une tension est homogène à une conductance et le préfixe trans indique qu’il s’agit d’une fonction de transfert, de la grille à l’anode.
On l’exprime également en « µmho » ou bien en « Siemens » (1 mho = 1 ampère/volt). 

Exemple de mesure de la pente sur un tube penthode EL3 avec le DMU20:

Appliquer 250 V sur l’anode et sur la grille écran.
1) Mesurer le courant Ia1 avec Vg1 = -6 V : 35 mA
2) Mesurer le courant Ia2 avec Vg1 = -2 V : 85 mA
3) Calculer la pente :

                                                 ∆Ip              85 - 50
                                     S  =  -------------    =   -----------  = 12,5 mA/V   
                                                ∆Vg               6 – 2

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  Annexe N°5

   Feuilles de test de tubes européens

Cliquer sur les liens:

http://maignan-daniel.e-monsite.com/medias/images/feuille-1-test-tubes-europeens-1.jpg

http://maignan-daniel.e-monsite.com/medias/images/feuille-2-test-tubes-europeens-1.jpg

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Bibliographie:

Switching and linear power supply, power converter design  by Abraham I. Pressman  1977 Hayden Book Company (USA)

Documentation analyseur de lampes METRIX U61

Recueil de combinaisons METRIX MX310

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