Sonde bolomètre H-P

 

Par Michel Vonlanthen HB9AFO

 

 

Le bolomètre

 

Le bolomètre Hewlett-Packard 435A Power meter est le mesureur de puissance le plus populaire car on le trouve facilement sur le marché des occasions. Il permet de mesurer la puissance haute-fréquence entre 10 MHz et
18 GHz avec une précision de 1% du fond d'échelle.

 

   

 

Il est constitué par le mesureur de puissance 435A proprement-dit, avec un grand affichage à aiguille gradué en Watts (pW-µW et µW-mW suivant le type de sonde) et en dBm. Il est alimenté par le secteur 230V.

Une sonde, au bout d'un câble blindé multibrin, complète le tout.

 

3 familles de sondes sont à disposition (+ quelques variations de celles-ci au fil du temps):

  • 8481A de 3 µW à 100 mW

  • 8481H de 300 µW à 3 W

  • 8484A de 300 pW à 10 µW  

La sonde la plus courante est la 8481A. Avec elle, on peut mesurer des puissances jusqu'à 100 mW et plus en la faisant précéder de l'atténuateur adéquat.

L'ensemble est superbement construit, c'est du Hewlett-Packard. Mais il a une faiblesse:

 

Si la puissance admissible maximum de la sonde est dépassée, celle-ci se détruit instantanément !

 

Inutile de dire que cela arrive hélas quelquefois lorsque l'opérateur est pris par sa mesure et oublie d'insérer le bon atténuateur devant la sonde. Dans ce cas, il ne reste plus qu'à échanger le bloc de thermistances qui fait la mesure car ce sont elles qui brûlent lorsqu'elles sont surchargées. Et ceci est instantané et ne fait aucun bruit no odeur. Simplement les thermistances meurent. La plupart, on échange toute la sonde car sa réparation demande de l'expertise ainsi que les pièces de rechange. Ces dernières ne se trouvent plus sur le marché actuellement, cet équipement n'étant plus depuis longtemps au catalogue de H-P. Par contre on trouve facilement des sondes neuves ou d'occasion.

 

Le principe de la mesure est simple: la sonde contient une tête composée de 2 thermistances dont la résistance varie en fonction de la température. Ces thermistances forment la résistance de charge  de 50 Ohms de la mesure et ce sont elles qui dissipent la puissance appliquée à l'entrée. C'est pour cela qu'elles n'admettent aucune surpuissance.

 

Le bloc des thermistances est contenu dans un petit cylindre en laiton doré, et sont imprimées sur un substrat en  céramique. La liaison avec la fiche N d'entrée se fait par pression de la tranche du circuit-imprimé sur la pin central de de la fiche, équipée d'un ressort. La liaison avec le circuit de mesure, un ampli à double Fet en entrée suivi d'un transistor en émetteur follower, se fait par 2 fils en or soudés sur le circuit-imprimé des thermistances et pincés directement sur le susbstrat céramique des double-Fets (Field Effect Transistor, transistor à effet de champ) par un assemblage de 2 pièces en matière isolante et une longue vis avec ressort.. Le tout est minuscule et c'est la raison pour laquelle seuls les spécialistes peuvent le dépanner. Il faut des yeux de lynx et un main sûre pour le faire, c'est tout un art !

 

Dans la sonde 8484A, hyper sensible, les thermistances sont remplacées par une diode et quelques composants passifs. Le reste de la sonde est identique. Il faut encore signaler une résistance de 10 kOhms placée en sortie du circuit de mesure afin de signaler au power meter que l'échelle de mesure a changé.

 

 

Démontage de la sonde

 

La sonde entièrement démontée. En haut, le capot en plastic, ensuite en alu moulé et finalement
en acier zingué (?). Il sont montés concentriquement, comme des poupées russes.

 

      

L'électronique                    La tranche de contact avec le prise N                      La clé imbus de 0,6mm           

 

En bas à gauche le système de pince des 2 fils en or

 

 

 

Desserrage des 4 vis imbus 0,6mm qui serrent la plaquette des thermistances.

Le plus difficile a été de la trouver, cette clé imbus de 0,6mm !

 

 

 

 

Ci-dessus:

Le circuit-imprimé en quartz (épaisseur 0,7 mm) qui supporte les 2 thermistances. A gauche la tranche de contact vers la pin centrale de la prise N A droite les 2 fils en or de liaison avec l'entrée des Fet (on voit les restes des 2 fils cassés). Les 2 gros blocs soudés sont des condensateurs je pense, et le petit bloc central, soudé aussi, les 2 thermistances.

 

La réparation d'une sonde me semble tout-à-fait possible si c'est, comme ici, les 2 fils en or qui sont cassés. Il suffirait de souder 2 nouveaux fils de la même longueur et de remonter le tout. Par contre, si ce sont les thermistances qui ont été brûlées, là il faudrait s'en procurer de nouvelles mais elles sont actuellement introuvables en tant que pièces détachées.

 

 

Confection d'une sonde 8484A avec l'épave d'un 8481A

 

C'est une idée géniale de Cricri F1VL: étant donné que ces 2  sondes ne diffèrent que par leur circuit d'entrée, pourquoi ne pas utiliser l'épave d'une 8481A pour en faire une 8484A ? Les thermistances sont de toute façon introuvables ce qui condamne la sonde 8481A à la poubelle si ses thermistances sont grillées.

 

La sonde 8181A a deux thermistances, c'est le circuit-imprimé ci-dessus. La sonde 8484A a en entrée une diode, un condensateur de 1500 pF, un condensateur de 500 pF et une résistance de 53 Ohms. La différence entre ces deux sondes c'est leur sensibilité. La première peut mesurer 100 mW au maximum alors que la seconde 10 µW ce qui est parfait pour en faire un mesureur de bruit ciel/sol.

 

Une résistance de 10 kOhms est encore à monter sur la prise du câble de sortie, entre les pins K et A. Elle indique au voltmètre qu'il faut changer d'échelle de mesure et passer de 100 mW à fond d'échelle pour la 8481A à 10 µW  pour la 8484A.

 

  
Circuit d'entrée de la 8481A et de la 8484A

                                       

 

Mais voilà... ça ne fonctionne pas !

 

J'ai bien réalisé le circuit d'entrée de la sonde 8484A mais elle ne détecte rien. Le voltmètre est en équilibre et il  détecte quelque chose à partir de 10 dBm en entrée. Donc pas sensible du tout. Est-ce la diode ? Probablement mais cela n'explique pas tout me semble-t-il. J'ai utilisé des composants que j'avais dans mes fonds de tiroir, des condensateurs cms, une résistance et une diode au silicium conventionnelles. J'ai trouvé une différence de câblage sur la prise multiple de sortie: une résistance de 4,7k qui n'était pas sur le schéma. J'ai essayé de l'enlever, de la remettre, de câbler la 10k prévue, rien n'y a fait.

 

 

 

En désespoir de cause, j'ai fait une dernière tentative: recâbler le schéma en l'air afin d'être sûr du montage électronique. Parce ma plaquette de canevasite sur laquelle j'ai fixé des clinquant en cuivre pour supporter les composants aurait pu faire court-circuit à l'intérieur du tube de laiton doré. Mais ce n'était pas le cas, avec un montage comme avec l'autre le résultat était le même: ça ne fonctionnait pas.

 

 

J'ai pu mener à bien le montagne mécanique, pas facile mais faisable. C'est je crois la grande leçon que je peux tirer de cet essai de transformation: la réparation d'une sonde est possible. C'est délicat mais c'est possible. Avec mes yeux qui bricolent et ma main qui ne peut plus jouer autre chose que du du rock à la guitare, c'est une performance... Heureusement que la patience, elle, n'a pas disparu! Donc réparation possible si les fils en or sont cassés par exemple. Mais si c'est le bloc des thermistances, il faudrait pourvoir s'en procurer ce qui n'est plus possible.

 

 

Conclusion (provisoire ?)

 

Ce travail m'a occupé pendant quelques jours, et m'a permis d'inspecter à fond l'intérieur d'une sonde. Avec la neige et le froid à l'extérieur, c'était sympa. C'est ça ma conception du radioamateurisme: construction et expérimentation!

 

Une chose est sûre:
Je ne démonte rien car je vais refaire des essais avec d'autres types de diodes. Il y aura sûrement des progrès car la diode 1N4441 que j'ai utilisée n'est absolument pas appropriée à cet usage. Mais c'était la seule que j'avais dans mes tiroirs. A suivre donc...

 


 

Il l'a fait ! (Cricri F1VL)

 

Pas besoin de circuit imprimé, reprendre le circuit d'entrée tel quel et coller ( avec colle conductrice !! ) les deux composants dessus ( diode et résistance ), Inverser les deux fils de "gate drive ".


Modifier " l'auto zéro " de manière à être conforme au montage de la 8484 , il y a le 100 pf qui est sous le circuit  imprimé , cms 36K dessus et fil vers broche "L" Autozéro. Résistance de 22 k entre " mount résistor " et masse.

Ce devrait être tout !

Si tu veux mieux ( peut être ) trouver la bonne résistance de "feedback return" ( j'ai la flemme !! )

Au sujet de la résistance "mount résistor " qui indique quoi afficher sur les HP 436A et HP 438A j'ai joué !

Résultat du jeu :

Pour - 40 dBm d'entrée :

Si court circuit affichage de -20 dBm
si 10 K affichage de - 60 dBm
Si 4.7K affichage de 0 dBm
si 1 K affichage de -10 dBm
si 22K affichage de -40 dBm

Pour ce qui est du schéma c'est vite vu , regarder où va le fil d'autozéro sur le circuit imprimé ( sur le plot 2 ou sur le plot 3 ). V'là !

Xtian / F1VL
 


 

 

 

Michel Vonlanthen HB9AFO
Février 2013