[RF/Radioelec] Dimensionner un transformateur HF
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Dimensionner un transformateur HF



  1. #1
    quentin08

    Dimensionner un transformateur HF


    ------

    Bonjour,

    J'aimerais savoir comment dimensionner un transfo HF lorsqu'il est dans le collecteur d'un transistor comme cet exemple.

    Ici, c'est le gain du transistor qui semble imposer le courant moyen dans le primaire, quelque soit la valeur des enroulements.
    Mais pour récupérer quelque chose derrière, quelque chose me dit qu'à 10nH par enroulement ça fonctionnera mal, tout comme à 500mH.

    On va dire qu'il est 1:1 pour faire simple, ce qui veut dire que l'impédance vue de chaque côté devra être identique. Il faut donc connaitre l'impédance sur le collecteur.

    Selon la fréquence, comment s'y prendre pour que l'ensemble fonctionne, quelle est la valeur minimale des enroulements pour retrouver un signal sans distorsion supplémentaire, sachant qu'un courant va circuler dans le secondaire ?

    Merci

    -----
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  2. #2
    gienas
    Modérateur

    Re : Dimensionner un transformateur HF

    Bonjour quentin08 et tout le groupe

    Citation Envoyé par quentin08 Voir le message
    … Selon la fréquence, comment s'y prendre pour que l'ensemble fonctionne, quelle est la valeur minimale des enroulements pour retrouver un signal sans distorsion supplémentaire, sachant qu'un courant va circuler dans le secondaire? …
    Hum. Chez toi

    1- qu’entends-tu par HF?

    2- qu’elle est ton application?

    En "HF" on ne travaille pas en classe A mais en découpage, en saturation du transistor. Serait-ce une erreur de casting?


    Que cherches-tu à faire?


    Édit: si c’est de la conversion d’énergie, c’est préférable de passer au push-pull qui a un meilleur rendement.
    Dernière modification par gienas ; 02/09/2024 à 07h32.

  3. #3
    Gwinver

    Re : Dimensionner un transformateur HF

    Bonjour.

    En complément, un courant continu traverse le primaire du transfo, ce qui risque de saturer le circuit magnétique.
    En général, en HF il y a découplage entre le continu de la polarisation et l'alternatif.

  4. #4
    Antoane
    Responsable technique

    Re : Dimensionner un transformateur HF

    Bonjour,

    Ici, on est dans un montage classique : le transformateur fonctionne en transformateur, pas comme dans un flyback, ou un Xformateur saturable par exemple. Le design est relativement aisé. Les deux difficultés sont, comme déjà souligné, le courant DC dans le primaire et la "haute" (combien ?) fréquence qui peut rendre les paramètre parasites gènéralement négligés... non négligeables.

    > Ici, c'est le gain du transistor qui semble imposer le courant moyen dans le primaire,
    Le montage est concu pour que legain du NPN joue un role négligeable. Le courant DC est fixé par le point de polarisation du montage. A la louche : Idc = ( 12V * R2 / (R1 + R2) - Vbe ) / R3

    > quelque soit la valeur des enroulements.
    Oui, supposant négligeable leur resistance.

    Pour débuter, on choisira :
    - un inductance magnétisante d'impédance >> à la charge (ce qui est typiquement à valider à la fréquence de fonctionnement minimale)
    - un courant magnétisant admissible >> Idc
    - un noyau acceptant de fonctionner aux fréquences considérées.
    Ici, avec 1mA de courant de polarisation, le montage est pour de la très faible puissance, donc si les contraintes de taille ne sont pas prédominantes, le composant se construira relativement aisément. Si "HF" signifie > 500 kHz ou 1 MHz, il faut commencer à réfléchir et faire attention lors de la fabrication. Sinon, c'est assez trivial/automatique.
    Deux pattes c'est une diode, trois pattes c'est un transistor, quatre pattes c'est une vache.

  5. A voir en vidéo sur Futura
  6. #5
    quentin08

    Re : Dimensionner un transformateur HF

    Bonjour,

    Le but est de saturer un sinus entre 5 et 6MHz, mais avant, il faut déjà l'amplifier, ce qui est le but du montage montré ici.
    Ensuite le saturer avec un circuit 74HC.
    On voit souvent ça dans les montages RF et je me suis fortement inspiré ce ça :
    https://www.dl6zb.de/002/VXO_PLL.html
    La partie en bas à gauche autour du transformateur.

    Quand je disais sans distorsion supplémentaire, c'est parce que je me suis aperçu que dans certains cas, le sinus récupéré avait la montée plus rapide que la descente (ou l'inverse je sais plus) ressemblant légèrement à une forme en dent de scie.

    Le montage, j'ai réussi à le faire fonctionner, mais j'y suis allé un peu à tâtons avec un transfo de récupération avec deux enroulements mesurés à 4mH chacun.
    Ce qui me parait très élevé comme valeur. Une vingtaine de spires sur un tore inconnu vert foncé.

    Sur la plaque que j'ai faite, l'oscillateur ne vient pas du site que j'ai montré plus haut, mais ça change pas grand chose.
    T3 et T4 sont de type 2n2222 contrairement au montage original.

    La partie avec le transfo fonctionne, mais c'est un coup de bol, je préfère comprendre ce que je fais.

    Antoane, je me penche sur ta réponse ce soir, j'aurai plus de temps.

    Merci à tous
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  7. #6
    f6bes

    Re : Dimensionner un transformateur HF

    "....Le but est de saturer un sinus entre 5 et 6MHz..." qu'attends tu par cela ( saturer un sinus) ? Tant que tu restes en HF pure ,autant etre
    en classe C. On ne sais quelle valeur de la résistance de charge R4 ? Suivante le cas faut adapter les impédances entrée/sortie de
    ton "transfo". Rien ne dit que ce soit du 1/1.
    Une recherche rapide en t'inspirant des montages bande 7 Mhz (radioamateur).
    Voir le "site de F6BQU".
    A+
    Dernière modification par f6bes ; 02/09/2024 à 13h36.

  8. #7
    gienas
    Modérateur

    Re : Dimensionner un transformateur HF

    Citation Envoyé par f6bes Voir le message
    "....Le but est de saturer un sinus entre 5 et 6MHz..." qu'attends tu par cela ( saturer un sinus)? ...
    +1

    Moi non plus je ne comprends pas l’objectif.

    Habituellement, quand ça arrive, c’est un défaut.

  9. #8
    Gwinver

    Re : Dimensionner un transformateur HF

    Bonsoir.

    Ensuite le saturer avec un circuit 74HC.
    A mon humble avis, il s'agit d'obtenir un signal carré ou presque.

  10. #9
    jiherve

    Re : Dimensionner un transformateur HF

    bonsoir
    ben autant prendre un (ou des) 14049 non B et le (s)faire fonctionner en linéaire, cela passe 10MHz sans sourciller.
    JR
    l'électronique c'est pas du vaudou!

  11. #10
    Gwinver

    Re : Dimensionner un transformateur HF

    Bonsoir.

    Le montage est déjà fait comme on peut le voir sur l'image du post #5, il reste à dimensionner le transfo.
    A priori, c'est le modèle à tore en haut à droite de la plaque qui devrait donner satisfaction pour ces fréquences si le tore est bien choisi.

  12. #11
    f6bes

    Re : Dimensionner un transformateur HF

    Citation Envoyé par Gwinver Voir le message
    Bonsoir.

    Le montage est déjà fait comme on peut le voir sur l'image du post #5, il reste à dimensionner le transfo.
    A priori, c'est le modèle à tore en haut à droite de la plaque qui devrait donner satisfaction pour ces fréquences si le tore est bien choisi.
    Le montage montré n'est PAS la "réalisation" du primo posteur...c'est juste une photo piqué sur le net. (rafio amateur allemand= dl6zb))
    https://www.dl6zb.de/002/VXO_PLL.html
    A

  13. #12
    quentin08

    Re : Dimensionner un transformateur HF

    Bonjour,

    Je vais essayer de répondre à un peu près à toutes les questions.

    Le schéma en #1 est une version ultra simplifiée du problème posé, à savoir, dimensionner un transformateur pour retrouver un sinus sans distorsion de chaque côté, tenant compte des courants qui vont circuler.

    La plaque en #5 est une plaque de tests assez propre pour pouvoir réaliser plusieurs oscillateurs différents que j'a pu trouver. C'est la partie gauche (varicap, capa variable, LC //, transistor JFET) avec plusieurs emplacements pour les composants, il alors est facile de les remplacer. La partie du milieu avec le transformateur à noyau vert à droite : l'amplification de ce qui sort de l'oscillateur. Et caché sous mes sondes d'oscilloscope : un 74HC pour saturer le sinus, qui servira d'horloge pour circuits numériques.

    Donc, sortie d'oscillateur, j'ai un sinus de 200mV que j'amplifie dans un premier temps à quelques volts par une amplification à transistors.
    Le transfo est lié au collecteur et on ne trouve sur le transformateur que du sinus sur le primaire et le secondaire, ce n'est donc pas lui qui sature.
    Il fait partie de l'amplification et travaille avec le transistor, d'ailleurs, passé quelques MHz, on trouve partout en RF ces montages à base de transformateur, leur but est de limiter le bruit et filtrer il me semble.
    Au secondaire, on transpose autour de 2.5V pour être compatible avec les entrées du 74HC. Cette fonctionnalité va consommer du courant, c'est ce qui est représenté de façon simplifiée par R4 en #1.
    On trouve ensuite le 74HC pour saturer qui va faire une horloge pour circuits numériques.
    Une fois amplifié, le sinus est maintenant assez robuste pour que le 74HC fasse bien la différence entre un état haut (2.5 à 5V) et un état bas (0 à 2.5V) et puisse le saturer pour en faire une horloge.
    C'est exactement ce qui est présenté dans le lien en #5 que je remets ici.

    On entre sur R20.
    T3, T4 amplifient avec le transformateur.
    IC3D sature.

    Nom : amplification-transfo-saturation.png
Affichages : 167
Taille : 22,5 Ko

    Je sais qu'il y a quelques radio amateurs ici et d'autres personnes très compétentes dans d'autres domaines de l'électronique.
    Mais comment feriez vous pour dimensionner ce transformateur (ici comme en #1) ?

    Concernant ce que disait Antoane :
    Citation Envoyé par Antoane
    Un courant magnétisant admissible >> Idc
    Où trouver cette information sur le courant magnétisant admissible ? On peut le déduire depuis le datasheet du tore ?

    Citation Envoyé par Antoane
    Une inductance magnétisante d'impédance >> à la charge
    Ça veut dire qu'à 5MHz, fréquence minimale, L*2*pi*f devra être très supérieur à la charge R4 en #1 ?
    Mais de quel ordre ?
    10 fois ?
    30 fois ?
    100 fois ?

    Merci

  14. #13
    Gwinver

    Re : Dimensionner un transformateur HF

    Bonjour.

    Quelques débuts de réponse dans la section 5.7.3 de ce document.

    http://www.tsf-radio.org/forum/im/22...ansformers.pdf

    Le fournisseur Amidon donne les caractéristiques de ses matériaux:

    https://www.amidoncorp.com/specs/

    Egalement sur ce document:

    https://hamwaves.com/amidon/amidoncorp.2.ferrite.pdf

  15. #14
    Antoane
    Responsable technique

    Re : Dimensionner un transformateur HF

    Bonjour,

    Un courant magnétisant admissible >> Idc
    C'est indispensable, sans quoi le transformateur ne fonctionnera pas.
    Où trouver cette information sur le courant magnétisant admissible ? On peut le déduire depuis le datasheet du tore ?
    Tu peux calculer le lien entre le champ B et le courant I en fonction du nombre de tours, de la section du tore, et de sa perméabilité. Note que le courant qui pourrait saturer le noyau est le courant magnétisant, qui est indépendant du courant circulant au secondaire https://fr.wikipedia.org/wiki/Circui...t_coupl%C3%A9s.

    Les équations de base sont donnés dans la section 2

    Une inductance magnétisante d'impédance >> à la charge
    Ce n'est pas critique, et on pourrait même vivre sans cette contrainte. Disons donc par exemple un rapport 10.

    Ça veut dire qu'à 5MHz, fréquence minimale, L*2*pi*f devra être très supérieur à la charge R4 en #1 ?
    Quand on parle d'un transfo, je suggère d'éviter de parler d'inductance, car ca peut rapidement porter à confusion. Parler "d'inductance magnétisante", "d'inductance de fuite", "d'inductance de l'enroulement primaire", "d'inductance mutuelle", etc.

    Difficile de trouver la datasheet d'un noyau sans en connaitre la reference. Si tu as un analyseur d'impédance, tu peux charactériser le noyau en mesurant l'inductance de quelques spires bobinées dessus et d'en déduire le spectre de peréabilité à partir des équations ci-dessus.
    Pour le champ à saturation... on pourrait se limiter à quelques dizaines de mT, mais étant donnée l'application c'est de toutes facons probablement pas contraignant.
    Dernière modification par Antoane ; 03/09/2024 à 12h39.
    Deux pattes c'est une diode, trois pattes c'est un transistor, quatre pattes c'est une vache.

  16. #15
    quentin08

    Re : Dimensionner un transformateur HF

    Bonjour, merci à tous pour cette aide, je vais lire les liens donnés.

    Citation Envoyé par Antoane
    Pour le champ à saturation... on pourrait se limiter à quelques dizaines de mT, mais étant donnée l'application c'est de toutes facons probablement pas contraignant.
    Oui le courant est très faible ici. J'ai vu dans d'autres applications en basses fréquences sur tores adaptés qu'on pouvait faire des filtres d'alimentations LC, donc avec un courant continu de plusieurs ampères dans une self de déparasitage. Je suis sur un tore différent, mais avec un courant ne dépassant pas 1 ou 2mA. Donc ça devrait aller. Vu que ce tore me sert de test, je vais sûrement en acheter d'autres, en ferrite, je connaîtrai donc leur référence.

  17. #16
    Vincent PETIT
    Animateur Électronique

    Re : Dimensionner un transformateur HF

    Bonjour,
    Petite question au sujet du schéma en #12.

    - Y a t-il un avantage à mettre le transfo dans le collecteur par rapport à un montage push-pull ?

    - Pourquoi prendre le feedback sur le secondaire ?

    Merci.
    Là où il n'y a pas de solution, il n'y a pas de problème.

  18. #17
    Gwinver

    Re : Dimensionner un transformateur HF

    Bonjour.

    Voici un gui de choix de tores ferrite et poudre de fer.

    http://www.tsf-radio.org/forum/im/15...res_amidon.pdf

  19. #18
    quentin08

    Re : Dimensionner un transformateur HF

    Citation Envoyé par Vincent PETIT
    - Y a t-il un avantage à mettre le transfo dans le collecteur par rapport à un montage push-pull ?
    - Pourquoi prendre le feedback sur le secondaire ?
    Ça, l'auteur ne le dit pas.

    Peut être que tout n'est pas au point dans ce montage.
    Par exemple à un autre endroit, avec C26, R23 et R19, les entrées de IC3D vont se prendre une tension négative la moitié du temps.
    Sur la plaque que j'ai faite en #5 (transfo-transistor-74hc.jpg‎), j'ai rajouté des résistances de polarisation sur les entrées de mon 74HC pour bien centrer sur 2.5V.

    Pour R24, elle participe peut être à approcher 50 ohms sur la sortie ?
    Pour R27, vu comment sont agencés le suiveur et l'amplificateur, on comprend qu'il y a deux sinus en opposition de phase sur chacune de ses pattes.
    Donc un creux va compenser un sommet.
    Elle sert peut être à contrôler le gain ?


    Citation Envoyé par Gwinver
    Voici un gui de choix de tores ferrite et poudre de fer.
    http://www.tsf-radio.org/forum/im/15...res_amidon.pdf
    Merci pour ce lien. J'ai changé de transformateur pour voir ce qu'il se passait. J'ai mesuré avant les inductances primaires et secondaires, elles font 15µH chacune, c'est beaucoup plus faible qu'avec l'autre transfo qui faisait 4mH chacune. Le noyau est jaune et blanc.
    Les mesures sont assez propres, on a un sinus sur chaque enroulement avec peu de distorsion et d'après les dimensions, ce serait une T-80-XX.

    Les formules manquaient en bas de page, j'ai retrouvé le même document avec la formule :
    http://www.tsf-radio.org/forum/im/15...res_amidon.pdf
    J'ai pris la formule : L = (AL * N^2)/(10000) en µH.
    Dans mon cas, 20 spires par enroulement, donc N = 20.

    Pour trouver exactement la référence du tore, je fais varier AL avec ce qu'il y a dans le tableau sur la ligne : T-80- pour retomber sur les 15µH mesurés, mais rien ne convient.
    Pour que ça corresponde, il me faudrait AL = 375. Bon c'est pas si grave.

    Jaune et blanc, c'est censé être un tore basse fréquence < 1MHz pour le déparasitage mais ça semble fonctionner correctement ici aussi pour 5 - 7MHz.

  20. #19
    Antoane
    Responsable technique

    Re : Dimensionner un transformateur HF

    Bonjour,

    La couleur des circuits magnétiques n'est pas normalisée. Amidon est un fabricant faisant sa propre cuisine, qui n'est valable que pour les composants vendus par eux -- et c'est loin d'être un leader du marché du composant magnétique.

    En dehors de la cuisine d'amidon, "T-80-...." désigne la taille du tore, rien d'autre. Les tailles sont normalisées et on peut avoir une ribambelle de tores ayant la même taille mais des propriétés magnétiqus complètement différentes.

    J'ai pris la formule : L = (AL * N^2)/(10000) en µH.
    Ou bien tout simplement L = Al*N², avec L et Al dans les unités qui conviennent : si Al est en nH/n², alors L est en nH...
    Deux pattes c'est une diode, trois pattes c'est un transistor, quatre pattes c'est une vache.

  21. #20
    David F4HTQ

    Re : Dimensionner un transformateur HF

    Bonjour,

    Ça veut dire qu'à 5MHz, fréquence minimale, L*2*pi*f devra être très supérieur à la charge R4 en #1 ?
    Mais de quel ordre ?
    10 fois ?
    30 fois ?
    100 fois ?
    Généralement on conseille à minima un rapport 2, mais si on peut se permettre un peu plus ( 3 ou 4) c'est mieux.
    Il ne faut pas trop vouloir en faire à ce niveau, car quand on commence a avoir beaucoup de spires rapprochées c'est les capacités parasites interspires qui commencent à nous embêter.
    Bon bricolage !

  22. #21
    quentin08

    Re : Dimensionner un transformateur HF

    Bonjour,

    Citation Envoyé par Antoane
    La couleur des circuits magnétiques n'est pas normalisée. Amidon est un fabricant faisant sa propre cuisine, qui n'est valable que pour les composants vendus par eux -- et c'est loin d'être un leader du marché du composant magnétique.

    En dehors de la cuisine d'amidon, "T-80-...." désigne la taille du tore, rien d'autre. Les tailles sont normalisées et on peut avoir une ribambelle de tores ayant la même taille mais des propriétés magnétiques complètement différentes.
    D'accord, bon je vais sûrement en acheter mais bien les étiqueter avant de les mélanger.

    Citation Envoyé par David F4HTQ
    Généralement on conseille à minima un rapport 2, mais si on peut se permettre un peu plus ( 3 ou 4) c'est mieux.
    Il ne faut pas trop vouloir en faire à ce niveau, car quand on commence a avoir beaucoup de spires rapprochées c'est les capacités parasites interspires qui commencent à nous embêter.
    Bon bricolage !
    Merci, c'est sympa de t'être inscrit pour me conseiller. Y'a encore du chemin mais j'aimerais bien avoir aussi un indicatif radio un jour !

  23. #22
    polo974

    Re : Dimensionner un transformateur HF

    Bonjour,
    pour le coté cmos,
    le hc00 est un mauvais choix pour le linéariser (les 100k en contre-réaction), il y a au moins 3 étages cmos entre l'entrée et la sortie, donc c'est mort pour la linéarisation.
    polariser l'entrée à vcc/2 va provoquer une sur-consommation de l'étage d'entrée, il vaut mieux polariser à 2 ou à 3V et envoyer assez de jus et tant qu'à faire utiliser des hc14 (trigger) de toute façon sans linéarisation.

    le hc161 a des pattes en l'air, c'est pas bon... (ça passait (moyen) en 74ls, mais pas en 74hc).


    perso, j'aurai séparé le coté ampli de sortie et le coté feedback de la pll, car si on écroule la sortie, le feedback est mort et la pll part dans le coin...

    enfin, l'usage du transfo, franchement, c'est pour le fun... (un transistor et) une capa de couplage pour la sortie et bye...
    Jusqu'ici tout va bien...

  24. #23
    Antoane
    Responsable technique

    Re : Dimensionner un transformateur HF

    Bonjour,

    Pourquoi mettre deux quartz de 10 MHz en parallel ?
    Deux pattes c'est une diode, trois pattes c'est un transistor, quatre pattes c'est une vache.

  25. #24
    quentin08

    Re : Dimensionner un transformateur HF

    Bonjour,

    Il me semble que c'est pour augmenter la dérive du VXO mais aujourd'hui ce n'est plus la bonne méthode de faire.
    On m'avait répondu ici.

    https://forums.futura-sciences.com/e...ml#post5948768

  26. #25
    David F4HTQ

    Re : Dimensionner un transformateur HF

    Merci, c'est sympa de t'être inscrit pour me conseiller. Y'a encore du chemin mais j'aimerais bien avoir aussi un indicatif radio un jour !
    Je me suis effectivement inscrit pour répondre à la question

    Franchement l'examen radioamateur est très accessible, assez peu de gens échouent.
    Voila le cours de référence : http://f6kgl.f5kff.free.fr/cours_radio.pdf
    Et pour s'entrainer à passer l'examen rien de mieux que EXAM1 https://exam1.r-e-f.org/accueil

  27. #26
    David F4HTQ

    Re : Dimensionner un transformateur HF

    Bonjour,

    Il me semble que c'est pour augmenter la dérive du VXO mais aujourd'hui ce n'est plus la bonne méthode de faire.
    On m'avait répondu ici.

    https://forums.futura-sciences.com/e...ml#post5948768
    Alors cela permettait en effet d'avoir un peu plus de dérive car en mettant deux quartz en // l'inductance du modèle équivalent est divisée par 2 et la capacité est doublée. C'est alors plus facile de le faire dériver en fréquence avec une inductance additionnelle et une capacité série.
    Il est aussi possible que l'écart de fréquence entre les deux quartz aide aussi un peu à faire dériver en cassant la pointe de résonnance.
    Mais tout ceci est quand même du bricolage en perdition, les DDS ont rendu tout ceci un peu obsolète.

    Pour le modèle équivalent du quartz voir ici
    https://david.alloza.eu/ForPublicati...rystal_SNA.png

    C'est les calculs que j'avais intégré à un logiciel que j'avais écrit pour piloter des analyseurs scalaires afin d'établir automatiquement le modèle équivalent des quartz.

    Bonne soirée.

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