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mesures > Sonde pour oscilloscope 007
Dernière mise à jour : 13/09/2026Présentation
Cette sonde 1:1 de type différentielle et active dispose de deux entrées flottantes In+ et In- (impédance d'entrée 1 M) et d'une sortie asymétrique référencée à la masse, prête à connecter à l'entrée BNC traditionnelle d'un oscilloscope.
Cette sonde qui apporte une atténuation de 100:1 à l'étage d'entrée et ensuite une amplification de x100 à l'étage de sortie a été conçue pour un usage dans la plage de fréquences allant de 20 Hz à 20 kHz (domaine audio). Pour rappel, l'utilisation d'une sonde différentielle permet d'effectuer en toute sécurité des mesures entre deux points quelconques d'un circuit, même si aucun de ces points n'est relié à la masse (ce qui avec une sonde traditionnelle est impossible, car trop risqué). La bande passante de cette sonde qui est d'environ 1 MHz peut sembler faible (100 kHz sur mon prototype), mais elle suffit pour des besoins standards dans le domaine audio.
Avertissements
- Sonde très simplifiée, aucune protection sur les entrées.
- Des signaux d'amplitude élevée peuvent être appliqués sur les entrées de la sonde (quelques dizaines de volts, max 100 V) sans risque de dommages, mais au-delà de 10 V en entrée et avec une alimentation de +24 V, le signal de sortie sera saturé.
- Usage sur circuits audio transistorisés niveaux ligne seulement, usage interdit dans un circuit audio à tubes électroniques.
- Bande passante limitée à 1 MHz, usage audio uniquement (d'éventuelles suroscillations haute fréquence dans le circuit sous test peuvent passer inaperçues).
Schémas 007 et 007a (basés sur schémas proposés par AD/LT)
Les deux schémas 007 et 007a qui suivent constituent le point de départ d'une sonde 1:10 (atténuation x10) proposé par Analog Device (anciennement Linear Technology). Ces sondes qui mettent en oeuvre des circuits LTC6268-10 (4 GHz max) peuvent traiter des signaux jusqu'à 500 MHz, la sortie étant chargée sur une impédance de 50 ohms.
Pour que ces sondes fonctionnent bien, il faut impérativement utiliser des composants miniatures CMS et effectuer un routage du PCB dans les règles de l'art aux hautes fréquences, point que je ne maîtrise pas très bien (pour preuve, les mauvais résultats que j'ai obtenus avec ma sonde différentielle pour oscilloscope 004aa qui s'appuie sur un AOP à très large bande passante).
Comme je n'avais pas envie de m'essayer à ce type de sonde
(tout du moins pas
tout de suite et pour les caractéristiques alléchantes annoncées), j'ai
décidé de "détourner" le schéma de base pour
réaliser une sonde beaucoup plus modeste (et moins performante) mettant
en oeuvre des AOP
plus classiques qui fonctionnent même sur un PCB classique (non
spécifique HF). J'ai ainsi abouti à la version 007b qui suit.
Schéma 007b (ma version)
Tout comme pour le schéma d'origine de AD/LT, cette sonde est composée de deux parties : un étage d'entrée différentiel construit autour de l'amplificateur opérationnel U1 et un étage de sortie asymétrique construit autour de l'amplificateur opérationnel U2.
Ma version diffère en plusieurs points de celle proposée par AD/LT :
- les AOP haut de gamme sont remplacés par des AOP plus modestes
- le second AOP est monté en circuit inverseur avec un gain de 100x (au lieu de 10x)
- la sortie doit être chargée sur une impédance d'entrée de 1M ou plus et non de 50R.
Plusieurs types d'AOP peuvent être utilisés, ici j'ai pensé au OPA356AID de Texas Instrument et au AD820S de Analog Devices. Le premier type d'AOP permet d'obtenir une bande passante globale d'environ 1 MHz, le second permet d'aller jusqu'à 70 kHz environ (oui, c'est beaucoup moins).
Etage d'entrée différentiel
Les résistances R1 à R4 provoquent une atténuation de 100:1 et l'amplificateur U1 travaille en différentiel sur les deux entrées In+ et In- ainsi atténuées. Le signal disponible en asymétrique sur la sortie de U1 (broche 6) possède donc une amplitude 100 fois moindre que celle du signal d'entrée. L'entrée In- ou l'entrée In+ peut être reliée à la masse du montage sous test et dans ce cas, le signal appliqué à l'entrée se retrouve en sortie avec la même amplitude (si sa fréquence bien sûr ne sort pas de la bande passante de la sonde).
Etage de sortie asymétrique
L'amplificateur
U2 reçoit le signal atténué (dans un rapport de 100) et l'amplifie dans
un rapport de 100. On dispose donc au final (en sortie de la sonde)
d'un signal qui possède la même amplitude que celle du signal
d'entrée.
Alimentation
La sonde 007b requiert une tension d'alimentation simple de valeur comprise entre +12 V et +24 V, là où la sonde 007a réclamait une tension plus faible de +5 V. L'intensité de courant est inférieure à 10 mA avec les AOP utilisés ici, elle peut être différente si les AOP choisis ne sont pas ceux indiqués sur le schéma. Idéalement, la masse de l'alimentation devrait être totalement isolée de la terre pour éviter tout "bouclage terre/masse" avec l'oscilloscope.Remarque : vous pouvez utiliser un bloc d'alimentation standard, linéaire ou à découpage (mais de préférence linéaire pour moins de bruit de fond). Un chargeur USB-C peut convenir, à condition de lui associer un module intelligent dictant au chargeur de sortir une tension plus élevée que les +5 V de base, par exemple +12 V, +15 V ou +20 V (rechercher USB-C PD trigger dans votre moteur de recherche).
Prototype
Un premier prototype a vu le jour, mais avec des valeurs de résistances pas tout à fait identiques aux valeurs indiquées sur le schéma.
N'ayant pas sous la main les résistances de précision requises et pressé de tester l'objet, j'ai en effet utilisé les valeurs normalisées les plus proches, avec pour conséquence bien sûr une moins grande précision du niveau de sortie attendu et surtout un moins bonne réjection des signaux de mode commun. Même les AOP ne sont pas ceux que j'ai prévu de placer au départ, là aussi j'ai pris ce que j'avais sous la main (des OPA134 qui permettent ici de monter jusqu'à environ 100 kHz). Je me suis dit que si ce prototype fonctionnait globalement bien avec ces composants de fortune, alors il devrait normalement fonctionner encore mieux avec les pièces requises...
Tests réalisés avec un générateur audio de labo dont j'ai fait varier la fréquence de 10 Hz à 100 kHz :
Les valeurs mesurées avec ce prototype mal goupillé ne sont finalement pas trop éloignées des valeurs attendues, ce qui me laisse penser que tout ne va pas trop mal. Si le choix de valeurs approchées des résistances n'est évidement pas une bonne chose, j'ai au moins la satisfaction d'avoir des résultats cohérents. Les deux dernières photos ci-devant montrent ce qu'on obtient avec des signaux de 1 kHz et 100 kHz. L'amplitude crête à crête du signal en sortie de la sonde atteint 560 mV au lieu des 500 mV attendus pour un signal d'entrée d'amplitude 1 V (voir remarque ci-après). On observe une très légère baisse à 100 kHz, sans surprise vu les AOP utilisés.
Remarque
: je me suis trompé dans les valeurs de R8 et R11 dans le
schéma
initial. Respectivement de 8k et 200k (8k2 et 220k sur mon proto), le
gain était de x50 et non de
x100, d'où une amplitude de sortie moitié moindre de celle attendue.
Correction du problème en donnant à R8 et R11 les valeurs respectives
de 3k9 et de 390k. Ainsi corrigé, un signal asymétrique
(entrée In- à la
masse) d'amplitude 1 V donne bien 1 V en sortie,
et un
signal symétrique (même signal en opposition de polarité entre
In-
et In+) d'amplitude 1 V donne bien 2 V en sortie. Les photos
oscilloscope ci-devant ont été prises avant correction. La photo de droite ci-après montre le circuit après correction.
R8 et R11 => à gauche : avant correction ; à droite : corrigé
Circuit imprimé (PCB)
Dessiné en 4 couches, tous les composants sont en version CMS.
Typon (PCB) au format PDF (12/09/2026)
Historique
13/09/2026
- Ajout photos prototype et quelques résultats de tests.
- Ajout typon (PCB) au format PDF.
- Correction valeur gain étage de sortie, il était de x50 au lieu de
x100 (détails dans le texte, section Prototype).
17/08/2026
- Première mise à disposition