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Electronique > Théorie > Mesure d'impédance de sortie

Dernière mise à jour : 18/06/2009

Présentation

Le présent article décrit deux méthodes permettant de mesurer l'impédance de sortie d'un équipement audio de type préamplificateur ou mélangeur audio. Ces méthodes sont indiquées pour des équipements ne délivrant pas de puissance, tels que console de mélange ou préamplificateur pour microphone, mais ne sont pas du tout adaptées pour des amplificateurs BF de puissance. Les générateurs BF peuvent être soumis aux méthodes proposées, mais une des deux requiert que l'on puisse désactiver la génération du signal de sortie (fonction MUTE).

Méthode 1 - Injection signal BF sur sortie

Le principe de la mesure consiste à injecter un signal audio de forte amplitude sur la sortie de l'équipement dont on désire connaitre l'impédance de sortie, au travers d'une résistance de forte valeur, afin de faire circuler dans ladite sortie un courant suffisant pour provoquer une chute de tension facilement mesurable.

Mise en oeuvre pratique

Le synoptique qui suit montre comment procéder : il sufit de disposer du matériel suivant :
- un générateur BF dont le signal de sortie sinus est calibré à 1 KHz / 10 Veff
- une résistance fixe RMES de 100 KO dotée d'une tolérance (précision) de 1 % ou moins
- un mesureur ou voltmètre audio, ou un oscilloscope, dont l'impédance d'entrée est au moins de 100 KO.



Le synoptique montre deux mesureurs de niveau BF (un avec calibre AC V rms et l'autre avec le calibre AC mV rms), mais en pratique un seul est nécessaire. En calibre V, il permet de vérifier et de calibrer le niveau de sortie du générateur BF, et en calibre mV il permet de faire la mesure requise. En y regardant de près, il ne s'agit de rien d'autre que d'un simple montage de type diviseur de tension, composé de la résistance ajoutée pour la mesure RMES et de l'impédance de sortie de l'équipement concerné ZS.



La valeur mesurée aux bornes de ZS dépend de la tension de sortie du générateur BF et de la valeur des composantes RMES et ZS. Les deux premières étant de valeur connue, la mesure de tension faite sur ZS permet aisement de trouver la valeur de ZS :

Umes = UgénéBF * (ZS / (RMES + ZS))
Umes = 10 * (ZS / (100000 + ZS))
Umes / 10 = ZS / (100000 + ZS)
(Umes / 10) * (100000 + ZS) = ZS
ZS = (Umes / 10) * (100000 + ZS)
10 * ZS = (Umes * 100000) + (ZS * Umes)
(10 * ZS) - (ZS * Umes) = 100000 * Umes
ZS * (10 - Umes) = 100000 * Umes
ZS = (100000 * Umes) / (10 - Umes)

Si par exemple on mesure une tension Umes de 10 mV, on peut en déduire que l'impédance de sortie ZS vaut :

ZS = (100000 * 0.01) / (10 - 0.01)
ZS = 1000 / 9.99
ZS = 100 ohms environ

Et si on mesure une tension Umes de 2 mV, on peut en déduire que l'impédance de sortie ZS vaut :

ZS = (100000 * 0.002) / (10 - 0.002)
ZS = 200 / 9.998
ZS = 20 ohms environ

Remarque : le fait d'utiliser un signal source alternatif et non continu permet de travailler avec des impédances, et un condensateur éventuellement situé dans le trajet du signal de sortie se laissera innocemment traverser et ne posera donc pas de problème pour la mesure.

Exemple 001

Un classique du genre dans le petit monde des AOP : un LM741, suivi d'une résistance de 100 ohms.



Si l'on procède à une simulation sous Proteus (moteur PSpice), le relevé sur le mesureur audio dévoile une tension de 15,6 mV eff, ce qui suppose une impédance "globale" de sortie de 156 ohms. Si on ne tient pas compte de la résistance série R3 de 100 ohms montée en série avec la sortie de l'AOP, l'impédance de sortie propre de l'AOP semblerait être équivalente à 56 ohms. Réaliste ou non, qu'en est-il en pratique ? Et bien le mieux est de mesurer tout ça en vrai, rappelez-vous que la simulation est bien mais qu'en cas du moindre doute il convient de faire le parallèle avec la vrai vie. Et moi, j'ai souvent des doutes...



En suivant la procédure décrite ci-avant, la mesure de tension donne 15 mV, ce qui suppose une impédance "globale" de sortie de 150 ohms. Après retrait de la résistance de 100 ohms en série avec la sortie, la mesure donne 5 mV, ce qui correspond à une impédance de sortie du LM741 de 50 ohms. Par rapport à la mesure précédente, c'est tout à fait cohérent. Si l'on consulte le datasheet (notice technique) du LM741 d'un des fabricants proposant ce circuit, on remarque deux résistances d'émetteur des deux transistors de sortie, qui limitent le courant en cas de court circuit et qui possèdent des valeurs de 25 ohms pour la branche positive et de 50 ohms pour la branche négative. Chez un autre fabricant, la résistance de sortie est donnée à 75 ohms. En conclusion, la mesure réelle est bien cohérente par rapport à la valeur obtenue par simulation. Attention cependant au moment de la simulation, à opter pour un modèle Spice spécifique à l'AOP testé et non un modèle générique, souvent bien plus "parfait" que les composants réels.

Dans la foulé, j'ai procédé à des mesures sur d'autres AOP, voici les résultats obtenus avec ces derniers :
- LM741 : 5 mV / 50 ohms
- TL081 : 20 mV / 200 ohms
- TL071 : 35 mV / 350 ohms
- NE5534 : 3 mV / 30 ohms
- OP37 : 5 mV / 50 ohms

Méthode 2 - Injection signal BF sur entrée

Cette seconde méthode semblera sans doute plus "logique" à ceux qui trouvent bizarre d'attaquer un équipement à l'envers. Elle consiste en effet à faire sortir un signal BF de l'équipement, et à le charger - mettre une résistance entre sortie et masse - sous différentes valeurs. Le principe de fonctionnement est fort similaire à celui de la première méthode, puisque là encore, on va chercher à mesurer l'impédance de sortie en nous appuyant sur le principe du pont diviseur résistif.

Mise en oeuvre pratique

Le synoptique qui suit montre comment procéder : il sufit de disposer du matériel suivant :
- un générateur BF dont le signal de sortie sinus est calibré de telle sorte qu'en sortie de l'équipement on mesure une tension de 1 Veff à 1 KHz
- une résistance ajustable RMES de 1 KO linéaire
- un mesureur ou voltmètre audio, ou un oscilloscope, dont l'impédance d'entrée est au moins de 100 KO.

Avertissement

La méthode proposée ici repose sur les deux hypothèses suivantes :
- l'impédance de sortie de l'équipement est inférieure à 1 KO. 
- l'équipement doit supporter un court-circuit franc en sortie (cette situation n'est pas nécessaire mais elle peut arriver suite à une fausse manoeuvre).



1 - Déconnecter RMES afin de laisser la sortie de l'équipement en l'air.
2 - Raccorder le mesureur audio (ou l'oscillo) en sortie de l'équipement.
3 - Raccorder la sortie du géné BF sur l'entrée de l'équipement à tester.
4 - Ajuster le niveau de sortie du géné BF de façon à obtenir 1 Veff en sortie de l'équipement (réglages éventuels de l'équipement nominaux).
5 - Mettre en place la résistance ajustable RMES entre sortie et masse de l'équipement, après s'être assurée que la valeur de la résistance est à son maximum (1 KO).
6 - Baisser tout doucement la valeur résistive de RMES jusqu'à ce que le mesureur audio indique une tension de 500 mVeff, ce qui correspond à la moitié de la mesure obtenue à vide (-6 dB).
7 - Déconnecter RMES et la mesurer à l'ohmètre. La valeur lue correspond à l'impédance de sortie de l'équipement (pont diviseur avec ZS et RMES identique = tension divisée par deux).