protocole de mesure d'impédance de câble

[Henry Leroy]

Bonjour,
dans le cadre d'un projet d'étude, j'ai besoin d'un protocole me permettant de mesurer l'impédance d'un câble à différente fréquence (câlbe DVI ou VGA de préférence).
En fouillant un peu sur internet, j'ai trouvé une illustration du résultat attendu , mais pas comment l'obtenir. :

Cela vient de Futura, sur un topic de 2008, donc pas question de le déterrer. Certain me diront qu ceci correspond à un haut-parleur, du coup (d'après le Topic dont c'est tiré), cependant, un câble dit bien présenter une impédance variable, voilà ce que j'en pense.
Je sais que les ferrites de mode commun (objet final de mon étude) agissent comme des filtres passe-bas, ce qui permet de couper les courants de mode commun, j'en déduit donc que ces courants de mode commun sont à des fréquences plus hautes que les courants de mode symétrique, et donc que ceux de mode commun ne passent pas car l'impédance est trop grande pour cette fréquence. je me trompe ?

Voilà... pouvez-vous m'aider ?
-----

[penthode]

comparer l'impédance d'un HP et les caractéristiques d'un câble , c'est un peu surréaliste

la mesure de l' impédance caractéristique d'un câble est assez complexe

je rappelle que cette donnée est indépendante de la fréquence.

elle se fait , maintenant , à l'aide d'un reflectomètre ou d'un analyseur de réseau.

on peut obtenir une bonne approximation avec cette méthode artisanale

[Antoane]

Bonjour,

penthode a donné des méthodes pour mesurer l'impédance caractéristique d'un câble, qui est indépendante de la fréquence (sous quelques hypothèses a priori raisonnables). Les instruments sont disponibles dans tout labo d'électronique ; si c'est pour ton TIPE, tu peux sans doute contacter les départements EEA d'universités ou d'école d'ingé, ou des IUT, ou des labos de recherche en génie élec.
Tropique avait donné un schéma d'appareil faisant également le travail : https://forums.futura-sciences.com/p...e-magique.html

Cependant, je pense que ce n'est pas l'impédance caractéristique d'un câble qui t'intéresse, mais plutôt l'impédance d'un circuit incluant un câble et un dispositif de filtrage.

Je sais que les ferrites de mode commun (objet final de mon étude) agissent comme des filtres passe-bas, ce qui permet de couper les courants de mode commun, j'en déduit donc que ces courants de mode commun sont à des fréquences plus hautes que les courants de mode symétrique, et donc que ceux de mode commun ne passent pas car l'impédance est trop grande pour cette fréquence. je me trompe ?

Les noyau/ferrite de mode commun (MC) sont placées autour du câble complet, dans le sens où le fil d'amenée et celui de de retour du courant passent dans le noyau. Les flux magnétiques générés par ces deux courant dans le noyau sont dans le sens opposés et s'annulent (cela se montre aisément avec le théorème d'Ampère). Le ferrite a alors un effet nul sur les signaux (indépendamment de la fréquence).
La notion de mode commun n'intervient que lorsqu'on ajoute un 3e conducteur, généralement désigné comme "masse". Dans ce cas, il est possible que, pour diverses raisons, des courants soient amenés par le câble et repartent par la masse. Ce sont alors des courants dit "de mode commun" car ils circulent dans le même sens dans les deux conducteurs du câble. Le ferrite de MC a alors un effet sur ces courants, il réalise alors, avec le câble circulant en son sein, une inductance qui va s'opposer au passage des courants HF.
Ce qui différencie courants de MC et de MD (mode différentiel) est donc le chemin de passage du courant, et non les fréquence. Comme les chemins sont différents, les méthodes de filtrage sont différentes.

Dans ton cas, je pense donc que tu cherches à mesurer la courbe d'impédance d'un "composant" constitué par exemple :
- d'un fil (ou d'un câble) autour duquel tu as mis un ferrite de MC ;
- d'une bobine (de filtrage MD).
Il faut donc un "ohm-mètre fonctionnant en alternatif" et capable de faire un balayage en fréquence. Suivant les fréquences en jeu (fonction du ferrite employé), un analyseur d'impédance, un VNA (ou à la rigueur un générateur et un oscillo) peuvent convenir. Ce sont des instruments de laboratoire, voir par exemple avec les sources citées plus haut.

[penthode]

dans ce cas , et en BF , l'influence du câble est nulle

[A voir en vidéo sur Futura]

[Henry Leroy]

En effet c'est bien pour mon TIPE.
Dans mon cas... je veux mesurer la capacité du système câble+ferrite à filtrer ces MC en faisant varier la taille du ferrite (position fixe) jusqu'à avoir filtré le MC. le MC sera crée par un champ magnétique B de fréquence que je ferai augmenter une fois que j'aurai réussis à filtrer, je voudrais connaitre la "taille" minimale d'un ferrite pour telle ou telle fréquence.
Je ne ne pense pas qu'un ferrite de hauteur (différence de rayon externe-interne) h=1mm et d'épaisseur e=1mm filtrera les mêmes fréquences qu'un ferrite tel que h=2mm et e=2mm par exemple. Je me trompe ?

Le contexte, c'est un câble entre un écran et une tour, pourquoi introduire une bobine ? Je ne veux pas essayer de filtrer les MD, je compte émettre l'hypothèse que le GPU ne fait pas de bêtises et donc qu'il n'y a rien à filtrer.

J'ai 2 autres questions. pour faire varier la taille de mon ferrite, je vais réduire ceux que j'ai récupéré en poudre, et en mettre une certaine masse (dans un récipient imprimé en 3D pour cette expérience).

premièrement, corrigez-moi si nécessaire,mais pour traiter mes résultats, je ne vais pas avoir besoin d'introduire de grandeur massique ? je n'ai qu'à relever la masse à partir de laquelle le MC ne circule plus ?

secondement, pour faire ma "poudre" je vais utiliser plusieurs ferrites... or, ils ne sont pas tous fait de la même manière, certain sont fait à partir de Plomb, d'autres on pour formule brut Fe₂O₃XO (X un métal). je ne peux pas les identifier, les différences entre ces ferrites va-t'elle avoir un influence sur mes résultats ?

Merci d'avance

[gwgidaz]

En effet c'est bien pour mon TIPE.
Dans mon cas... je veux mesurer la capacité du système câble+ferrite à filtrer ces MC en faisant varier la taille du ferrite (position fixe) jusqu'à avoir filtré le MC. le MC sera crée par un champ magnétique B de fréquence que je ferai augmenter une fois que j'aurai réussis à filtrer, je voudrais connaitre la "taille" minimale d'un ferrite pour telle ou telle fréquence.
Je ne ne pense pas qu'un ferrite de hauteur (différence de rayon externe-interne) h=1mm et d'épaisseur e=1mm filtrera les mêmes fréquences qu'un ferrite tel que h=2mm et e=2mm par exemple. Je me trompe ?

Le contexte, c'est un câble entre un écran et une tour, pourquoi introduire une bobine ? Je ne veux pas essayer de filtrer les MD, je compte émettre l'hypothèse que le GPU ne fait pas de bêtises et donc qu'il n'y a rien à filtrer.

J'ai 2 autres questions. pour faire varier la taille de mon ferrite, je vais réduire ceux que j'ai récupéré en poudre, et en mettre une certaine masse (dans un récipient imprimé en 3D pour cette expérience).

premièrement, corrigez-moi si nécessaire,mais pour traiter mes résultats, je ne vais pas avoir besoin d'introduire de grandeur massique ? je n'ai qu'à relever la masse à partir de laquelle le MC ne circule plus ?

secondement, pour faire ma "poudre" je vais utiliser plusieurs ferrites... or, ils ne sont pas tous fait de la même manière, certain sont fait à partir de Plomb, d'autres on pour formule brut Fe₂O₃XO (X un métal). je ne peux pas les identifier, les différences entre ces ferrites va-t'elle avoir un influence sur mes résultats ?

Merci d'avance

Tu vas être déçu par l'atténuation de mode commun si tu places des tubes aussi fins....Mieux vaudrait trouver des tubes de 1cm de long, en enfiler plusieurs et voir le résultat fonction du nombre.

[Henry Leroy]

Je ne compte pas utiliser ces dimensions, c'est juste pour illustrer un ferrite plus grand.
Et puis en soit, comme je ne peut pas imprimer une infinité de "récipient", je vais plutôt faire varier la masse de poudre dans les 3 récipients que j'ai imprimé. ces trois récipient ont un volume égal, mais des dimensions différentes. Cela va me permettre de vérifier si la forme du ferrite à aussi une influence.

[Antoane]

Bonsoir,

Les "tubes" (ou "cylindres") de ferrite utilisés pour le filtrage sont "compacts", sans espace entre les grains. En mettant de la poudre de ferrite dans un récipient pour former un cylindre de dimension quelconque, tu ajoutes de l'espace entre les grains (même en compressant fort la poudre), c'est à dire un entrefer, qui va fortement diminuer la qualité du filtrage. Tu risques alors d'avoir du mal à mettre en évidence les effets recherchés, même avec l'instrumentation idoine. Sans compter les problèmes de reproductibilité.
Accessoirement : réduire du ferrite en poudre fine homogène n'est pas trivial...

A mon avis, tous les filtres de mode commun que tu auras récupéré seront en ferrite manganèse - zinc (ou éventuellement nickel -zinc (-cuivre)). Les proportions ne seront cependant pas les mêmes, de même que les profils de température utilisés lors de la synthèse de la phase spinelle ne seront pas les même. Les différents matériaux n'auront donc pas exactement les mêmes caractéristiques.
Pour ce qui est du plomb... d'où vient l'info ?

On trouve des perles de ferrite pour pas cher, avec une datasheet précise (ou aussi précise que possible quand on parle de matériaux magnétiques ), par exemple : https://fr.rs-online.com/web/c/passi...es-de-ferrite/
Ou chez un autre revendeur (farnell, mouser, digikey, etc.)

Dans mon cas... je veux mesurer la capacité du système câble+ferrite à filtrer ces MC en faisant varier la taille du ferrite (position fixe) jusqu'à avoir filtré le MC. le MC sera crée par un champ magnétique B de fréquence que je ferai augmenter une fois que j'aurai réussis à filtrer, je voudrais connaitre la "taille" minimale d'un ferrite pour telle ou telle fréquence.

Cela me parait peu "réglementaire" et classique - et par suite assez peu pertinent :
- Les composants CEM sont spécifiés par certaines grandeurs physique caractéristiques de base telles que l'impédance à partir desquelles ont peut bâtir des modèles adaptés à des situations particulières. Pour pouvoir comparer vos résultats aux donnés techniques et à l'état de l'art, il serait plus simple de directement mesurer ces caractéristiques "de base" plutôt que de vous intéresser à des mises en scène particulières.
- la CEM est avant tout une histoire de normes, dans le sens où il est généralement bien plus simple de le faire fonctionner que de le faire respecter les normes. Utiliser un montage de caractérisation aussi particulier ne me semble pas justifié ;
- avec cette méthode, la reproductibilité ne sera a priori pas géniale et les possibilité de généralisation/extrapolation limitées. Il faudrait donc avoir un bon argumentaire pour justifier la mesure.

Mais je peux me tromper.

[Henry Leroy]

Bonjour @Antoane.

Je n'avais pas connaissance de toutes ces problématiques, merci de m'en informer. Cependant, je rappel que je suis en TIPE, je ne fait pas encore de thèse. aussi, je peux apporte un début de contre argument à chacune des ces problématiques, que je pourrai pointer du doigt à l'oral grâce à toi. Voici mes réponses :
Entrefer : Je peux commencer par dire que la physique est une série de modèles démontés par de plus performants. avec mon expérience, je ne cherche pas à établir dé norme exacte, je n'en ai pas le niveau, restons modeste. ^^" Non, je me contenterai d'établir une condition suffisante : "Si j'ai cette quantité de 'poudre', alors je suis sûr de filtrer". D'ailleurs je pense que ça rejoint l'industrie. Un fabriquant de câble ne doit sûrement pas se contenter du "ferrite minimal requis" pour équiper ses câbles, je suis d'avis qu'il majore pour être sûr.
Obtention de la poudre : marteau puis mortier ? on a du matos solide dans mon lycée.
Matériau : Cela m'enlève une épine du pied de savoir que les trouverais tous avec le même matériau. Pour ce qui est de m'assurer du profil de température, tous les câbles ont la même référence, donc je doit pouvoir raisonnablement supposer que les ferrites ont été fabriqué de la même manière.
Achat de ferrites : J'y ai pensé, mais ils sont bien trop gros pour que je fasse varier la taille et faire des mesures sur des points proches. De plus, le budget par élève est limité à 10€. Cette option n'est pas envisageable.

Je ne comprend pas ce que tu entent par "peu réglementaire". Peux-tu développer s'il te plaît ? Pour ce qui est du classicisme, je peux déjà affirmer que je suis le seul de ma classe (environs 40 élèves) à essayer de faire de la CEM.
Ensuite, quelle caractéristique plus basique pourrais-je mesurer ? quand je parle de GPU et d'écran, c'est juste car je suis parti du constat qu'il y avait des ferrites sur les câbles qui les reliait.

Enfin, la reproductibilité... là oui, c'est un gros problème. Je ne remettrai pas la même masse de ferrite à chaque changement de fréquence du champ B... Voici du coup une autre idée : je met une masse M de ferrite, puis je fait varier B sur toute la plage, en mesurant à chaque fois, puis je rajoute de la poudre, et je recommence. Ce n'est toujours pas parfait comme méthode, mais c'est mieux, j'ai en effet un meilleur contrôle sur le champ B que sur la masse de ferrite ajoutée. Qu'en penses-tu ?

Je sais qu'il est possible de faire des choses bien plus rigoureuse et précises, mais je suis limité, j'ai uniquement accès à de l'équipement de laboratoire de lycée "normal". Et puis on ne me demande pas un travail de qualité professionnel.

merci de tes réponses.

[jiherve]

bonjour
les ferrites utilisées en filtrage s'attaquent au conduit et pas à l'induit pour ce dernier cas il faut envisager un blindage magnétique complet.
En restant au conduit il faudrait donc se procurer des "perles" de ferrites de petite taille et enfiler les dites perles.
JR

[Antoane]

Bonjour,

les ferrites utilisées en filtrage s'attaquent au conduit et pas à l'induit pour ce dernier cas il faut envisager un blindage magnétique complet.

j'ai pu comprendre de travers mais il me semble que le but est d'induire une tension entre "le" conducteur portant le ferrite et le conducteur de masse. C'est donc bien de la CEM conduit qui est considérée, mais au travers d'une excitation par un champ externe (probablement purement B d'aileurs, et non Électromagnétique).

Pour ce qui est de m'assurer du profil de température

Le frittage du ferrite se fait vers ~1000 °C, le noyau est ensuite enfilée autour du câble.
La température est un paramètre fondamental lors de la production de ferrite : entre le milieu du four et le bord du four où il fait un peu plus froid, les variations de perméabilité peuvent être de 10 à 20 %
Le fait que ce soient des Mn-Zn ne signifie pas que c'est "le même matériaux" : dans ce catalogue, par exemple : https://product.tdk.com/en/search/fe...o-part_no&_d=0 , tu vois que les matériaux ont des perméabilités (l'équivalent de la conductivité pour le magnétisme) allant de 1600 à 5000 sans qu'il soit possible de les distinguer à l’œil nu.

De plus, le budget par élève est limité à 10€.

Si je peux me permettre un conseil n'aillant rien de technique : il ne faut surtout pas raisonner ainsi. Tu n'as que 2 ans de prépa pour avoir une école, ce sont deux ans pendant lesquelles il ne faut, à mon avis, pas être pingre. Si un bouquin ou une manip à 50€ peuvent te permettre de gagner de ne gagner rien que 0.5 à une épreuve du concours, la question ne doit pas se poser de savoir s'il faut engager la dépense.

Je ne comprend pas ce que tu entent par "peu réglementaire". Peux-tu développer s'il te plaît ? Pour ce qui est du classicisme, je peux déjà affirmer que je suis le seul de ma classe (environs 40 élèves) à essayer de faire de la CEM.

J'étais pas clair : ta mesure n'est "pas réglementaire" et elle n'est pas classique non plus, dans la mesure où ce n'est pas ainsi qu'on caractérise des éléments de filtrage CEM :
- d'après les normes ;
- d'une manière générale, en pratique.

Enfin, la reproductibilité... là oui, c'est un gros problème. Je ne remettrai pas la même masse de ferrite à chaque changement de fréquence du champ B... Voici du coup une autre idée : je met une masse M de ferrite, puis je fait varier B sur toute la plage, en mesurant à chaque fois, puis je rajoute de la poudre, et je recommence. Ce n'est toujours pas parfait comme méthode, mais c'est mieux, j'ai en effet un meilleur contrôle sur le champ B que sur la masse de ferrite ajoutée. Qu'en penses-tu ?

J'ai pas compris l'intérêt.
Tant que tu travailleras à moins d'une centaine de mT (dans le ferrite), jouer sur |B| n'aura pas vraiment d’intérêt puisque tout sera liéaire. Au delà, le matériaux commencera à montrer des signes de saturation, pour saturer vers 300-500 mT (un peu moins pour du NiZn).
Le paramètre intéressant sera la fréquence d'excitation, à condition de monter suffisamment haut, probablement > 1MHz pour un ferrite de filtrage MC.

Ensuite, quelle caractéristique plus basique pourrais-je mesurer ? quand je parle de GPU et d'écran, c'est juste car je suis parti du constat qu'il y avait des ferrites sur les câbles qui les reliait.

C'est bien pour ça que je n'avais pas répondu sur le fil que tu avais ouvert sur le forum de physique : j'en sais rien
Je me contente donc de dégommer ce que tu proposes

[Antoane]

Re.
Ceci dit, le fait qu'il y ait beaucoup d'entrefer entre les grains de ferrite devrait limiter l'impact de l'incertitude sur les caractéristiques du matériaux : que la perméabilité soit de 500 ou de 5000, c'est l'entrefer qui déterminera la reluctance totale (i.e. la résistance d'un point de vue du flux magnétique) du circuit.