Cours de radioamateur








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8.1.7. Les appareils de mesures numériques ou DMM (Digital Multi Meter)



A


Figure 8.1.21.
nalogique ou numérique ? Voilà une bonne question, puisqu'elle n'a pas de réponse définitive.
La question principale à résoudre dans un multimètre numérique est la conversion d'une grandeur analogique (une tension) en un nombre d'impulsions que l'on pourra compter. Cette opération a lieu dans un convertisseur analogique numérique ou CAN3.


8.1.7.1. Convertisseur à simple rampe



La forme la plus simple de conversion analogique/numérique est le convertisseur à simple rampe (single slope). La tension inconnue Vin appliquée via un circuit sample-and-hold c'est-à-dire un échantillonneur à un comparateur, qui la compare à une tension de rampe. Cette tension de rampe provient d'une tension de référence Vref intégrée par un ampli opérationnel. Plus la tension d'entrée est élevée, plus il faudra du temps à la tension de rampe pour atteindre le même niveau. C'est précisément pendant la durée T que l'on va compter le nombre d'impulsions provenant d'une horloge. Ce nombre d'impulsion va être mémorisé dans un latch et affiché sur un afficheur (LED ou LCD).
Ce processus est contrôlé par une logique, qui fait une remise à zéro du compteur, tout en déchargeant le condensateur C. La logique assure aussi la mise en mémoire dans le latch.
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Ce dispositif présente deux inconvénients majeurs d'une part la précision dans le déclenchement et d'autre part la nécessité d'avoir une tension de référence très stable.

8.1.7.2. Convertisseur à double rampe



Dans le cas du convertisseur à double rampe, on distingue 2 phases



  1. On intègre le signal à convertir Vin à l'aide du générateur de rampe pendant une durée fixe, mesurée par le compteur, soit N1 le nombre d'impulsions d'horloge. On obtient ainsi une rampe croissante de durée N1T en sortie de l'intégrateur (T est la période de l'horloge).




  1. Ensuite la logique de commande commute l'entrée du générateur de rampe sur la tension -Vref qui est de signe opposé à Vin. La tension de sortie de l'intégrateur décroît linéairement jusqu'à s'annuler. Le compteur mesure la durée N2 T de cette décroissance. On a alors N2 Vin = N1 Vref soit   N2 = N1 Vref / Vin, qui représente la valeur numérisée de Vin.


frame25

Si dans un multimètre analogique, l'élément de base est un galvanomètre, ici l'élément de base est un voltmètre à haute impédance ( Z > 10 M) et dont le calibre est, par exemple, 2 V en fait 1,999 V.
Un appareil qui permet d'afficher 1,999 V est dit à 3 digits et demi. Le demi digit se rapportant au "1" de 1,999. Mais il existe des appareils à plus de digits.
Lorsque nous avons vu le convertisseur à double rampe, nous avons vu que dans la première phase on comptait un certain nombre d'impulsions. Plus ce nombre de points est élevé, plus la mesure sera précise. C'est ainsi que ce nombre de points varie de 6000 à 50000 points de mesure pour des appareils au "milieu de la gamme" et peut atteindre 200000 points pour des appareils de laboratoire.
Mais pour d'autres appareils le dernier digit est utilisé de façon entière et peut donc prendre toutes les valeurs de 0 à 9.
Tout ceci est généralement intégré dans un seul chip, par exemple chez Intersil, on trouve l'ICL 7106 destiné à alimenter un afficheur LCD, tandis que l' ICL7107 permet d'alimenter 4 afficheurs 7 segments.


8.1.7.3. Les autres éléments nécessaire au multimètre numérique



Lorsqu'on dispose d'un voltmètre numérique de calibre 1 V et d'impédance 10 M, on peut lui adjoindre

  • un diviseur de tension pour obtenir des calibres de 1, 10, 100 et 1000 V

  • des shunts pour mesurer 100 µA , 1 mA, 10mA , 1A et 10 A

  • un générateur de courant constant pour mesurer des résistances de 1 k, 10 k, 100 k, 1 M, 10M,

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