Cet article a pour but la réalisation d’un fréquencemètre analogique simple et économique. Pour ce faire, nous utiliserons un circuit intégré convertisseur fréquence/tension qui permettra de lire, sur un simple multimètre, une fréquence allant de quelques hertz jusqu’à 100 kHz.
Si nous voulons mesurer une fréquence en utilisant un simple multimètre, il suffit de prendre un circuit intégré en mesure de convertir une fréquence en une tension pour connaître avec une précision suffisante la valeur en hertz, kilohertz ou mégahertz d’une fréquence.
Si le circuit est étalonné de manière à obtenir une tension de 10 volts lorsque sur l’entrée du convertisseur est appliquée une fréquence de 10 000 Hz, en appliquant une fréquence de 8 000 Hz, nous lirons 8 volts et si nous appliquons 4 500 Hz, nous lirons 4,5 volts.
Si le circuit est étalonné de manière à pouvoir lire une tension de 10 volts lorsque sur l’entrée du convertisseur est appliquée une fréquence de 1000 Hz, nous pouvons déduire que si nous appliquons 100 Hz, nous lirons 1 volt et que si nous appliquons 300 Hz, nous lirons 3 volts.
Les circuits intégrés en mesure de convertir une fréquence en une tension, peuvent aussi effectuer l’opération inverse.
Ils permettent également de convertir une tension en une fréquence.
Si nous appliquons sur leur entrée une tension continue variable de 1 à 10 volts, nous pouvons obtenir, sur leur sortie, un signal carré proportionnel à la valeur de la tension.
Les références de ces circuits intégrés
Actuellement les circuits intégrés que nous pouvons trouver pour convertir une fréquence en une tension ou une tension en une fréquence, ont les références suivantes :
LM131 - LM231 - LM331 - XR4151
Ces quatre circuits intégrés sont équivalents et, de plus, ils ont le même brochage.
Nous pouvons donc les utiliser les uns à la place des autres sans problème.
Les seules différences, concernent la température de fonctionnement et la valeur maximale de la tension d’alimentation.
Mais, pour notre application, comme nous utilisons toujours une tension comprise entre 12 et 15 volts, nous pouvons utiliser celui dont nous disposons.
Les circuits intégrés LM131 - LM231 - LM331 sont fabriqués par National Semiconductor.
L’unique différence qui existe entre ces trois modèles de circuits intégrés, concerne la température maximum que peut atteindre leur boîtier sans être endommagé.
Le circuit intégré LM331, le plus commun, peut atteindre une température maximale de 70°, le LM231, peut atteindre une température maximale de 85° et le LM131, une température maximale de 125°.
Le circuit intégré XR4151 est fabriqué par Exar.
Sur la figure 1, nous avons reporté le schéma synoptique des principaux étages contenus à l’intérieur de ces circuits intégrés convertisseurs.
A = Etage comparateur de tension,
B = Etage monostable,
C = Commutateur électronique,
D = Générateur de courant constant.
Pour obtenir un conver tisseur fréquence/tension, ou bien un convertisseur tension/fréquence, il faut seulement modifier la configuration du circuit.
Figure 1 : Schéma synoptique interne et brochage des circuits intégrés convertisseurs fréquence/tension ou vice-versa.
Convertisseur fréquence/tension
Pour convertir une fréquence en une tension, il faut utiliser le schéma de la figure 2.
Figure 2 : Schéma à utiliser pour convertir une fréquence en une tension.
La fréquence qui est appliquée sur la broche d’entrée 6, doit nécessairement être un signal carré. Si nous appliquons sur cette entrée un signal sinusoïdal, nous n’obtiendrons aucune conversion.
Sur la broche 1, nous trouvons une tension proportionnelle à la valeur de la fréquence.
L’amplitude du signal à appliquer sur l’entrée, ne doit pas être inférieure à 3 volts crête à crête, ni dépasser la valeur de la tension d’alimentation.
Ainsi, si le circuit est alimenté sous 15 volts, nous vous conseillons de ne pas dépasser 11 volts.
Pour faire fonctionner correctement ce convertisseur fréquence/tension, vous devez utiliser une valeur de 10 kilohms pour la résistance R2, puis vous devez calculer la valeur de la résistance R3 en fonction de la tension d’alimentation.
Pour calculer cette valeur, il faut utiliser la formule suivante :
R3 kΩ = (Vcc – 2) : 0,2
Si vous alimentez le circuit intégré avec une tension de 15 volts, vous devez utiliser une résistance qui ait une valeur de :
(15 – 2) : 0,2 = 65 kΩ
Cette valeur n’étant pas standard, vous pouvez tranquillement utiliser une résistance de 68 kΩ.
Si vous alimentez le circuit intégré avec une tension de 12 volts, vous devez utiliser une résistance de :
(12 – 2) : 0,2 = 50 kΩ
Dans ce cas, vous pouvez utiliser une valeur standard de 47 kΩ ou 56 kΩ. Outre la résistance R3, vous devez également calculer la valeur de la résistance R4 avec la formule suivante :
R4 kΩ = 750 : (1,1 x kHz max.)
Sachant que la fréquence maximale que vous pouvez appliquer sur l’entrée de ce convertisseur est de 100 kHz, pour R4, vous devez utiliser une résistance de valeur :
750 : (1,1 x 100) = 6,818 kΩ
Cette valeur n’étant pas standard, vous pouvez utiliser une résistance de 6,8kΩ.
Si, entre la broche 5 et la masse, vous connectez un condensateur de 1000 pF (voir C2), sur la broche de sortie, vous pouvez prélever une tension variable de 0 à 10 volts.
Ainsi, vous pouvez obtenir les tensions suivantes en fonction des fréquences appliquées sur l’entrée :
Si cette configuration nous permet de lire une fréquence maximale de 100 kHz, il sera par contre dif ficile d’évaluer avec une certaine précision des fréquences inférieures à 10000 Hz ou à 1 000 Hz.
Vous pouvez modifier le schéma pour obtenir en sortie une tension de 10 volts avec une fréquence de 10 000 Hz ou bien avec une fréquence de 1000 Hz.
Pour obtenir cette condition, il faut seulement changer la valeur du condensateur C2 en utilisant la formule ci-dessous :
C2 pF = 750 000 : (R4 kΩ x 1,1 x kHz)
Figure 3 : Formule à utiliser pour calculer la valeur des résistances R3 et R4 et du condensateur C2.
Note : Vcc est la valeur de la tension d’alimentation du circuit intégré.
Ainsi, pour obtenir une tension de 10
volts en appliquant sur l’entrée une fréquence de 10 000 Hz, il faut utiliser un condensateur de :
750 000 : (6,8 x 1,1 x 10) = 10 026 pF
Avec cette capacité, vous obtenez les tensions suivantes :
Si vous voulez obtenir une tension de 10 volts en appliquent sur l’entrée une fréquence de 1 000 Hz, vous devez utiliser, pour C2, une valeur de :
750 000 : (6,8 x 1,1 x 1) = 100 267 pF
Avec cette capacité, vous obtenez :
La résistance R4 et le condensateur C2 ayant une certaine tolérance par rapport à la valeur marquée sur le composant, il est utile de connecter en série avec la résistance R5, un trimmer (R6) qui sera ajusté de façon à obtenir une tension de 10 volts avec la fréquence maximale que vous aurez choisie en fonction de la valeur du condensateur C2.
Si vous avez choisi une valeur de 1000 pF pour C2, vous devrez appliquer sur l’entrée une fréquence de 100 kHz, puis tourner le curseur de R6, jusqu’au moment où vous lirez une tension de 10 volts sur le multimètre.
Si vous utilisez pour C2 une valeur de 10 000 pF, il vous faut appliquer sur l’entrée une fréquence de 10 kHz, puis tourner le curseur de R6 afin de lire une tension de 10 volts sur le multimètre.
Enfin si vous avez choisi une valeur pour C2 de 100 000 pF, il faut appliquer sur l’entrée une fréquence de 1 kHz, puis tourner le curseur de R6 afin de lire une tension de 10 volts.
Un autre problème que nous devons résoudre, concerne la forme du signal à appliquer sur l’entrée du circuit intégré.
Comme nous l’avons déjà précisé, ce signal doit être un signal carré. Par contre, dans la majorité des cas, les fréquences à mesurer, sont de forme sinusoïdale ou de forme triangulaire.
Pour transformer ces signaux de différentes formes en un signal carré, il faut utiliser le circuit intégré LM311 (IC1) en le câblant comme cela est indiqué sur la figure 6.
Convertisseur tension/fréquence
Pour convertir une tension en une fréquence, il faut utiliser le schéma de la figure 4.
Figure 4 : Schéma à utiliser pour convertir une tension en une fréquence.
Le positif de la tension continue sera appliqué sur la broche 7 et le signal carré dont la fréquence dépend de la tension injectée sur l’entrée, sera disponible sur la broche 3.
Attention ! La tension à appliquer sur la broche 7, ne doit jamais dépasser 10 volts.
Pour calculer la valeur de la résistance R4, vous pouvez utiliser la formule suivante :
R4 kΩ = 750 : (1,1 x kHz max.)
Sachant que la fréquence maximale que nous pouvons prélever sur la sortie de ce conver tisseur, ne doit pas dépasser 100 kHz, pour R4, vous devez utiliser une résistance de :
750 : (1,1 x 100) = 6,818 kΩ
Cette valeur n’étant pas standard, vous pouvez choisir une valeur de 6,8 kΩ.
Si vous voulez obtenir en sortie une fréquence maximale de 100 000 Hertz (100 kHz) en appliquant sur l’entrée une tension de 10 volts, vous devrez utiliser pour C2, un condensateur d’une valeur de :
C2 pF = 750 000 : (R4 kΩ x 1,1 x kHz)
Ce qui, avec les valeurs numériques préconisées, revient à :
750 000 : (6,8 x 1,1 x 100) = 1 002 pF
Avec cette valeur de capacité, vous obtiendrez les fréquences suivantes :
Pour obtenir des fréquences plus basses, vous devrez seulement changer la valeur du condensateur C2, en utilisant toujours la formule suivante :
C2 pF = 750 000 : (R4 kΩ x 1,1 x kHz)
Si avec une tension de 10 volts vous voulez obtenir une fréquence maximale de 10000 Hz, vous devrez utiliser pour C2, un condensateur d’une valeur de :
750 000 : (6,8 x 1,1 x 10) = 10 026 pF
Note : la fréquence à intégrer dans la formule doit toujours être exprimée en kHz, ainsi en divisant 10000 par 1000, vous obtenez 10 kHz.
Avec cette valeur de capacité, vous obtiendrez les fréquences suivantes :
De par le fait qu’à partir du calcul théorique, vous obtiendrez toujours des valeurs non standards, aussi bien pour le condensateur C2 que la résistance pour R4, vous choisirez parmi les valeurs standards les plus approchantes de ces calculs. En phase de mise au point, vous appliquerez sur l’entrée la tension maximale, puis par l’ajustement du trimmer R6, vous obtiendrez la fréquence de valeur souhaitée.
Si avec une tension de 10 volts, vous voulez obtenir une fréquence maximale de 1 000 Hertz (égale à 1 kHz), vous devez utiliser pour C2, un condensateur d’une valeur de :
750 000 : (6,8 x 1,1 x 1) = 100 267 pF
Avec cette capacité, vous obtiendrez les valeurs de fréquences suivantes :
La résistance R4 et le condensateur C2 ayant une certaine tolérance par rapport à leur valeur marquée, pour obtenir en sortie une fréquence exacte, vous devrez ajuster le trimmer R6 relié en série avec la résistance R5.
Figure 5 : Formule à utiliser pour calculer la valeur de la résistance R4 et du condensateur C2 en fonction de la fréquence que nous voulons obtenir sur la sortie du circuit intégré.
Ainsi, si vous avez inséré un condensateur de 100 000 pF, vous devrez appliquer sur l’entrée une tension de 10 volts, puis régler le trimmer R6 afin de lire une fréquence de 1 000 Hz.
Si vous avez placé une capacité d’une valeur de 10 000 pF, vous devez injecter une tension de 10 volts, puis régler le trimmer R6 afin de lire une fréquence de 10 000 Hz.
Si vous avez placé une capacité d’une valeur de 1 000 pF, vous devez injecter une tension de 10 volts, puis régler le trimmer R6 afin de lire une fréquence de 100 000 Hz.
L’amplitude maximale du signal carré que vous pourrez prélever à la sortie du convertisseur, sera égale à la tension d’alimentation. Si vous alimentez le circuit intégré avec une tension de 15 volts, vous obtiendrez une tension maximale de 15 volts. Si vous l’alimentez avec une tension de 12 volts, l’amplitude maximale sera de 12 volts.
Projet d’un convertisseur fréquence/tension.
Si vous souhaitez réaliser un convertisseur capable de lire 1 000 - 10 000 - 100 000 Hz, vous pouvez utiliser le schéma de la figure 6.
Sur l’entrée de ce convertisseur, vous pourrez appliquer n’impor te quelle forme de signal, aussi bien carré, que sinusoïdal, ou même un signal en dents de scie ou triangulaire.
La fréquence appliquée sur l’entrée passe à travers la résistance R1 et le condensateur C2, rejoint la broche 3 non inverseuse de IC1, un amplificateur opérationnel LM311, utilisé comme comparateur à trigger de Schmitt.
Sur la broche 7 de cet amplificateur opérationnel, vous retrouvez un signal carré avec une amplitude maximale d’environ 11 volts indépendamment de la forme du signal qui est appliquée sur son entrée et même de la valeur de son amplitude.
Pour un fonctionnement correct, l’amplitude minimale que vous pourrez appliquer sur l’entrée ne devra pas être inférieure à 0,2 volt crête à crête.
L’amplitude maximale que vous pourrez appliquer sur l’entrée, ne devra jamais dépasser la valeur de la tension d’alimentation. Dans ce cas, elle ne doit pas dépasser 12 volts crête à crête.
En tout état de cause, les deux diodes DS1 et DS2, placées après le condensateur C1, permettent de limiter l’amplitude du signal si ce dernier devait dépasser les 6 volts positifs et les 6 volts négatifs.
Le signal carré disponible sur la broche de sortie 7, rejoint la broche d’entrée 2 de IC2, un double diviseur par 10 CMOS un CD4518.
Le fait d’avoir relié en série deux diviseurs de ce type (contenus dans le même boîtier), nous permet de récupérer la fréquence d’entrée (broche 2) divisée par 10 (sur les broches 6/10) ou par 100 (sur la broche 14).
Comme le convertisseur fréquence/tension IC3 a été câblé pour fournir en sortie une tension de 10 volts avec une fréquence maximale de 1 000 Hz, si vous reliez son entrée sur la broche de sortie de IC1, vous obtiendrez 10 volts avec une fréquence de 1 000 Hz.
Si vous reliez son entrée sur la broche de sortie 6/10 du diviseur IC2, vous obtiendrez 10 volts avec une fréquence appliquée sur l’entrée de 10 000 Hz.
Si vous reliez son entrée sur la broche de sor tie 14 du diviseur IC2, vous obtiendrez 10 volts avec une fréquence appliquée sur l’entrée de 100 000 Hz.
Ainsi, avec un simple commutateur à 3 positions (voir S1), vous pouvez lire sur le multimètre 1 000 - 10 000 ou 100 000 Hz à fond d’échelle.
Avec ces trois échelles, vous pouvez mesurer un signal BF quelconque en partant de la fréquence des basses à 100 Hz, monter aux fréquences des aiguës à 20000 Hz et vous pouvez également mesurer les fréquences ultrasoniques jusqu’à 100 000 Hz.
Pour alimenter ce convertisseur, il faut utiliser une tension de 12 volts stabilisée.
Réalisation pratique
Pour réaliser ce conver tisseur fréquence/tension, il faut utiliser le circuit imprimé double face à trous métallisés LX.1414 et monter les quelques composants visibles sur la figure 7.
Nous vous conseillons de commencer le montage par la mise en place des trois suppor ts de circuits intégrés, puis, après avoir soudé toutes leurs broches sur les pistes du circuit imprimé, vous pouvez insérer toutes les résistances, le trimmer R13 et les deux diodes DS1 et DS2.
Attention au sens de montage des deux diodes, leur repère sera orienté vers la gauche (voir figure 7).
Après ces composants, installez le condensateur céramique C5, les cinq condensateurs polyester et le condensateur électrolytique C2 en faisant bien attention à la polarité de ses deux pattes.
Le montage terminé, insérez dans leur support respectif les trois circuits intégrés en orientant leur repère de positionnement en “U” vers la gauche.
Pour ceux qui voudraient installer le montage dans un boîtier, nous vous conseillons le modèle MO.1414. Ce coffret est en effet livré avec une face avant gravée et percée (voir figure 9).
Le circuit sera fixé dans le boîtier, à l’aide des entretoises auto-adhésives. Pour les coller facilement dans le boîtier, il faut au préalable supprimer, à l’aide d’une pince coupante, les entretoises moulées du coffret (voir figure 9).
Fixer le commutateur rotatif sur le panneau avant, la prise d’entrée et les deux douilles de sortie.
Sur le panneau arrière, vous devrez percer un trou pour faire sor tir les deux fils de l’alimentation. Lorsque sur ces deux fils vous appliquerez la tension d’alimentation de 12 volts, n’oubliez pas que le fil rouge correspond au plus de l’alimentation et le fil noir au moins.
Figure 6 : Schéma électrique du convertisseur fréquence/tension. Le premier amplificateur opérationnel sert pour transformer un signal de forme quelconque (sinusoïdal, triangulaire, dents de scie) en un signal parfaitement carré. Celui-ci sera ensuite appliqué sur l’entrée du convertisseur. Le circuit intégré IC2 est un double diviseur par 10.
Figure 7 : Schéma d’implantation des composants du convertisseur fréquence/tension qui permet de lire une fréquence quelconque jusqu’à un maximum de 100 000 Hz. Sur la droite, le brochage, vu de dessus, des trois circuits intégrés CD4518, LM311 et XR4151.
Figure 8 : Voici comment se présente le convertisseur fréquence/tension une fois le montage terminé.
Figure 9 : Le circuit imprimé sera fixé à l’intérieur d’un boîtier plastique au moyen de quatre entretoises en nylon auto-adhésives
Liste des composants du LX.1414
R1 = 4,7 kΩ
R2 = 100 kΩ
R3 = 100 kΩ
R4 = 10 kΩ
R5 = 10 kΩ
R6 = 3,3 kΩ
R7 = 330 kΩ
R8 = 10 kΩ
R9 = 10 kΩ
R10 = 68 kΩ
R11 = 5,6 kΩ
R12 = 10 kΩ
R13 = 5 kΩ trimmer
R14 = 100 kΩ
C1 = 100 nF polyester
C2 = 10 μF électrolytique
C3 = 100 nF polyester
C4 = 100 nF polyester
C5 = 100 pF céramique
C6 = 100 nF polyester
C7 = 1 μF polyester
DS1 = Diode 1N4148
DS2 = Diode 1N4148
IC1 = Intégré LM311
IC2 = CMOS 4518
IC3 = Intégré XR4151
S1 = Commutateur 3 pos.
Note : Toutes les résistances utilisées dans ce montage, sont des 1/4 de watt.
QUELQUES APPLICATIONS PRATIQUES :
Un compte-tours
Après avoir lu les explications données jusqu’ici, vous pourriez penser que ces circuits intégrés servent uniquement pour lire sur un multimètre la valeur d’une fréquence ou bien à générer un signal carré après avoir appliqué sur leur entrée une tension continue.
En réalité, en ajoutant quelques composants externes nous pouvons utiliser ces convertisseurs également pour lire le nombre de tours d’un arbre moteur, ou bien le nombre de tours d’un moteur de voiture et même lire la température mesurée par une sonde placée à une distance notable.
Pour mesurer le nombre de tours d’un moteur, il faut fixer sur l’arbre un petit aimant à l’aide d’un ruban adhésif (voir figure 10).
Près de cet aimant, vous approcherez un capteur à effet Hall dont la patte de sortie sera reliée à l’entrée du circuit composé des deux amplificateurs opérationnels IC1/A et IC1/B (voir figure 11). En sortie du montage, vous disposerez d’un signal carré d’une certaine fréquence qui sera appliqué à l’entrée du convertisseur fréquence/tension de la figure 6.
Si l’arbre moteur tourne à 500 tours par minute, la fréquence obtenue sera de :
500 : 60 = 8,33 Hz
Si l’arbre moteur tourne à 3 000 tours par minute, la fréquence obtenue sera de :
3000 : 60 = 50 Hz
Ainsi, le convertisseur fréquence/tension doit être adapté pour obtenir 10 volts avec 100 Hz.
Pour obtenir cette condition, vous devrez seulement augmenter la valeur du condensateur relié à la broche 5 du convertisseur XR4151.
La valeur du condensateur polyester à modifier sera de 1 μF. Il faut également augmenter la valeur du condensateur C7 placé sur la broche 1. Ce condensateur aura une valeur de 10 μF.
Pour obtenir une précision supérieure, vous pouvez utiliser 2 aimants, qui seront fixés de part et d’autre de l’arbre moteur. De cette façon, vous aurez une fréquence double.
(500 : 60) x 2 = 16,66 Hz
(3 000 : 60) x 2 = 100 Hz
Pour connaître le nombre de tours du moteur à 4 cylindres d’une voiture, nous vous conseillons d’utiliser le schéma donné en figure 12.
L’entrée de ce circuit, sera reliée sur la sor tie de la bobine de la tête de delco du véhicule.
Pour connaître la fréquence obtenue en fonction du nombre de tours, il faut appliquer la formule suivante :
Hertz = (nombre de cylindres x nombre de tours) : 120
Ainsi, avec 1 000 tours par minute, la fréquence obtenue sera de :
(4 x 1 000) : 120 = 33,33 Hz
Par contre, pour 6 000 tours par minute, la fréquence obtenue sera de :
(4 x 6 000) : 120 = 200 Hz
Pour pouvoir obtenir une tension de 10 volts avec une fréquence de 200 Hz, il faut utiliser pour le condensateur C4, un condensateur polyester de 470000 pF (470 nF) et placer sur la broche de sortie 1 (voir C5) un condensateur électrolytique de 10 μF.
Figure 10 : Un petit aimant fixé sur un arbre moteur et l’utilisation d’un capteur à effet Hall permettent de lire le nombre de tours de l’arbre en rotation.
Figure 11 : Schéma électrique à utiliser pour pouvoir convertir le nombre de tours d’un arbre moteur en une fréquence. Nous vous rappelons que le côté sensible d’un capteur à effet Hall est celui sur lequel il n’y a pas l’inscription UGN3503 (voir figure 10).
Un convertisseur température/fréquence
Pour convertir une température en une fréquence, il faut utiliser le schéma visible sur la figure 14 qui utilise comme capteur un LM35/D.
En reliant sur la patte de masse de ce capteur LM35/D une tension de référence de 2,5 volts par l’intermédiaire de la zener de précision REF25/Z ou de son équivalent LM336/Z (voir IC1), lorsque la température varie, vous obtiendrez les fréquences suivantes :
Certains se demanderont pourquoi convertir la tension fournie sur la sortie
du capteur en une fréquence, alors qu’il suffirait de relier un multimètre pour connaître la température en rapport avec la tension.
Cette observation, pourrait s’avérer valable si le capteur était à portée de main, mais si celui-ci est installé sur un ballon sonde ou bien sur le sommet d’une montagne, comment feriez-vous pour envoyer cette tension à la centrale de mesure ?
Dans ce cas, vous pouvez utiliser cette fréquence pour moduler le signal HF d’un petit émetteur, puis, à la centrale, démoduler ce signal HF avec un récepteur et lire la fréquence avec un fréquencemètre ou bien le convertir de nouveau en une tension en utilisant le circuit de la figure 15.
Avec ces exemples, vous aurez à présent compris que les circuits intégrés en mesure de conver tir une fréquence en une tension ou une tension en une fréquence peuvent vous permettre de résoudre de nombreux problèmes.
Figure 12 : Si vous reliez ce montage au rupteur de l’allumeur d’un moteur à explosion, vous pourrez obtenir une tension qui sera proportionnelle au nombre de tours de l’arbre moteur. Dans l’article, nous indiquons la formule pour calculer la fréquence obtenue en fonction du nombre de tours et du nombre de cylindres du moteur.
Figure 13 : En modulant un émetteur avec la fréquence générée par le capteur à effet Hall de la figure 11, ou du capteur de température LM35/D de la figure 14, vous pouvez connaître à distance le nombre de tours ou la température en reliant au récepteur le montage réalisé suivant le schéma de la figure 15.
Figure 14 : Pour convertir une température en une fréquence, vous pouvez utiliser ce schéma qui utilise un capteur de précision LM35/D.
Figure 15 : Pour convertir les fréquences prélevées du capteur de température de la figure 14 transmises par radio (voir figure 13), nous vous conseillons de relier sur la sortie du récepteur le montage réalisé suivant ce schéma électrique qui permet de convertir la fréquence reçue en une tension.
Si nous voulons mesurer une fréquence en utilisant un simple multimètre, il suffit de prendre un circuit intégré en mesure de convertir une fréquence en une tension pour connaître avec une précision suffisante la valeur en hertz, kilohertz ou mégahertz d’une fréquence.
Si le circuit est étalonné de manière à obtenir une tension de 10 volts lorsque sur l’entrée du convertisseur est appliquée une fréquence de 10 000 Hz, en appliquant une fréquence de 8 000 Hz, nous lirons 8 volts et si nous appliquons 4 500 Hz, nous lirons 4,5 volts.
Si le circuit est étalonné de manière à pouvoir lire une tension de 10 volts lorsque sur l’entrée du convertisseur est appliquée une fréquence de 1000 Hz, nous pouvons déduire que si nous appliquons 100 Hz, nous lirons 1 volt et que si nous appliquons 300 Hz, nous lirons 3 volts.
Les circuits intégrés en mesure de convertir une fréquence en une tension, peuvent aussi effectuer l’opération inverse.
Ils permettent également de convertir une tension en une fréquence.
Si nous appliquons sur leur entrée une tension continue variable de 1 à 10 volts, nous pouvons obtenir, sur leur sortie, un signal carré proportionnel à la valeur de la tension.
Les références de ces circuits intégrés
Actuellement les circuits intégrés que nous pouvons trouver pour convertir une fréquence en une tension ou une tension en une fréquence, ont les références suivantes :
LM131 - LM231 - LM331 - XR4151
Ces quatre circuits intégrés sont équivalents et, de plus, ils ont le même brochage.
Nous pouvons donc les utiliser les uns à la place des autres sans problème.
Les seules différences, concernent la température de fonctionnement et la valeur maximale de la tension d’alimentation.
Mais, pour notre application, comme nous utilisons toujours une tension comprise entre 12 et 15 volts, nous pouvons utiliser celui dont nous disposons.
Les circuits intégrés LM131 - LM231 - LM331 sont fabriqués par National Semiconductor.
L’unique différence qui existe entre ces trois modèles de circuits intégrés, concerne la température maximum que peut atteindre leur boîtier sans être endommagé.
Le circuit intégré LM331, le plus commun, peut atteindre une température maximale de 70°, le LM231, peut atteindre une température maximale de 85° et le LM131, une température maximale de 125°.
Le circuit intégré XR4151 est fabriqué par Exar.
Tension d’alimentation .............................
8 à 22 voltsFréquence de travail maximale ......................
100 kHzCourant maximum sur la broche 3 ....................
20 milliampèresTempérature de fonctionnement ...................... De 0° à +70°
Sur la figure 1, nous avons reporté le schéma synoptique des principaux étages contenus à l’intérieur de ces circuits intégrés convertisseurs.
A = Etage comparateur de tension,
B = Etage monostable,
C = Commutateur électronique,
D = Générateur de courant constant.
Pour obtenir un conver tisseur fréquence/tension, ou bien un convertisseur tension/fréquence, il faut seulement modifier la configuration du circuit.
Figure 1 : Schéma synoptique interne et brochage des circuits intégrés convertisseurs fréquence/tension ou vice-versa.Convertisseur fréquence/tension
Pour convertir une fréquence en une tension, il faut utiliser le schéma de la figure 2.
Figure 2 : Schéma à utiliser pour convertir une fréquence en une tension.R1 = 10 kΩ
R6 = 5 kΩ trimmerR2 = 10 kΩ
R7 = 100 kΩR3 = suivant calcul
C1 = 470 pF céramiqueR4 = suivant calcul
C2 = suivant calculR5 = 12 kΩ
C3 = 1 μF polyester
La fréquence qui est appliquée sur la broche d’entrée 6, doit nécessairement être un signal carré. Si nous appliquons sur cette entrée un signal sinusoïdal, nous n’obtiendrons aucune conversion.
Sur la broche 1, nous trouvons une tension proportionnelle à la valeur de la fréquence.
L’amplitude du signal à appliquer sur l’entrée, ne doit pas être inférieure à 3 volts crête à crête, ni dépasser la valeur de la tension d’alimentation.
Ainsi, si le circuit est alimenté sous 15 volts, nous vous conseillons de ne pas dépasser 11 volts.
Pour faire fonctionner correctement ce convertisseur fréquence/tension, vous devez utiliser une valeur de 10 kilohms pour la résistance R2, puis vous devez calculer la valeur de la résistance R3 en fonction de la tension d’alimentation.
Pour calculer cette valeur, il faut utiliser la formule suivante :
Si vous alimentez le circuit intégré avec une tension de 15 volts, vous devez utiliser une résistance qui ait une valeur de :
Cette valeur n’étant pas standard, vous pouvez tranquillement utiliser une résistance de 68 kΩ.
Si vous alimentez le circuit intégré avec une tension de 12 volts, vous devez utiliser une résistance de :
Dans ce cas, vous pouvez utiliser une valeur standard de 47 kΩ ou 56 kΩ. Outre la résistance R3, vous devez également calculer la valeur de la résistance R4 avec la formule suivante :
Sachant que la fréquence maximale que vous pouvez appliquer sur l’entrée de ce convertisseur est de 100 kHz, pour R4, vous devez utiliser une résistance de valeur :
Cette valeur n’étant pas standard, vous pouvez utiliser une résistance de 6,8kΩ.
Si, entre la broche 5 et la masse, vous connectez un condensateur de 1000 pF (voir C2), sur la broche de sortie, vous pouvez prélever une tension variable de 0 à 10 volts.
Ainsi, vous pouvez obtenir les tensions suivantes en fonction des fréquences appliquées sur l’entrée :
0 V avec une fréquence de
0 Hz 1 V avec une fréquence de
10 000 Hz 2 V avec une fréquence de
20 000 Hz 3 V avec une fréquence de
30 000 Hz 4 V avec une fréquence de
40 000 Hz 5 V avec une fréquence de
50 000 Hz 6 V avec une fréquence de
60 000 Hz 7 V avec une fréquence de
70 000 Hz 8 V avec une fréquence de
80 000 Hz 9 V avec une fréquence de
90 000 Hz10 V avec une fréquence de 100 000 Hz
Si cette configuration nous permet de lire une fréquence maximale de 100 kHz, il sera par contre dif ficile d’évaluer avec une certaine précision des fréquences inférieures à 10000 Hz ou à 1 000 Hz.
Vous pouvez modifier le schéma pour obtenir en sortie une tension de 10 volts avec une fréquence de 10 000 Hz ou bien avec une fréquence de 1000 Hz.
Pour obtenir cette condition, il faut seulement changer la valeur du condensateur C2 en utilisant la formule ci-dessous :
Figure 3 : Formule à utiliser pour calculer la valeur des résistances R3 et R4 et du condensateur C2.Note : Vcc est la valeur de la tension d’alimentation du circuit intégré.
Ainsi, pour obtenir une tension de 10
volts en appliquant sur l’entrée une fréquence de 10 000 Hz, il faut utiliser un condensateur de :
Avec cette capacité, vous obtenez les tensions suivantes :
0 V avec une fréquence de
0 Hz 1 V avec une fréquence de
1 000 Hz 2 V avec une fréquence de
2 000 Hz 3 V avec une fréquence de
3 000 Hz 4 V avec une fréquence de
4 000 Hz 5 V avec une fréquence de
5 000 Hz 6 V avec une fréquence de
6 000 Hz 7 V avec une fréquence de
7 000 Hz 8 V avec une fréquence de
8 000 Hz 9 V avec une fréquence de
9 000 Hz10 V avec une fréquence de 10 000 Hz
Si vous voulez obtenir une tension de 10 volts en appliquent sur l’entrée une fréquence de 1 000 Hz, vous devez utiliser, pour C2, une valeur de :
Avec cette capacité, vous obtenez :
0 V avec une fréquence de
0 Hz 1 V avec une fréquence de
100 Hz 2 V avec une fréquence de
200 Hz 3 V avec une fréquence de
300 Hz 4 V avec une fréquence de
400 Hz 5 V avec une fréquence de
500 Hz 6 V avec une fréquence de
600 Hz 7 V avec une fréquence de
700 Hz 8 V avec une fréquence de
800 Hz 9 V avec une fréquence de
900 Hz10 V avec une fréquence de 1 000 Hz
La résistance R4 et le condensateur C2 ayant une certaine tolérance par rapport à la valeur marquée sur le composant, il est utile de connecter en série avec la résistance R5, un trimmer (R6) qui sera ajusté de façon à obtenir une tension de 10 volts avec la fréquence maximale que vous aurez choisie en fonction de la valeur du condensateur C2.
Si vous avez choisi une valeur de 1000 pF pour C2, vous devrez appliquer sur l’entrée une fréquence de 100 kHz, puis tourner le curseur de R6, jusqu’au moment où vous lirez une tension de 10 volts sur le multimètre.
Si vous utilisez pour C2 une valeur de 10 000 pF, il vous faut appliquer sur l’entrée une fréquence de 10 kHz, puis tourner le curseur de R6 afin de lire une tension de 10 volts sur le multimètre.
Enfin si vous avez choisi une valeur pour C2 de 100 000 pF, il faut appliquer sur l’entrée une fréquence de 1 kHz, puis tourner le curseur de R6 afin de lire une tension de 10 volts.
Un autre problème que nous devons résoudre, concerne la forme du signal à appliquer sur l’entrée du circuit intégré.
Comme nous l’avons déjà précisé, ce signal doit être un signal carré. Par contre, dans la majorité des cas, les fréquences à mesurer, sont de forme sinusoïdale ou de forme triangulaire.
Pour transformer ces signaux de différentes formes en un signal carré, il faut utiliser le circuit intégré LM311 (IC1) en le câblant comme cela est indiqué sur la figure 6.
Convertisseur tension/fréquence
Pour convertir une tension en une fréquence, il faut utiliser le schéma de la figure 4.
Figure 4 : Schéma à utiliser pour convertir une tension en une fréquence.R1 = 100 kΩ
R6 = 5 kΩ trimmerR2 = 47 Ω
C1 = 100 nF polyesterR3 = 100 kΩ
C2 = suivant calculR4 = suivant calcul
C3 = 1 μF polyesterR5 = 12 kΩ
Le positif de la tension continue sera appliqué sur la broche 7 et le signal carré dont la fréquence dépend de la tension injectée sur l’entrée, sera disponible sur la broche 3.
Attention ! La tension à appliquer sur la broche 7, ne doit jamais dépasser 10 volts.
Pour calculer la valeur de la résistance R4, vous pouvez utiliser la formule suivante :
Sachant que la fréquence maximale que nous pouvons prélever sur la sortie de ce conver tisseur, ne doit pas dépasser 100 kHz, pour R4, vous devez utiliser une résistance de :
Cette valeur n’étant pas standard, vous pouvez choisir une valeur de 6,8 kΩ.
Si vous voulez obtenir en sortie une fréquence maximale de 100 000 Hertz (100 kHz) en appliquant sur l’entrée une tension de 10 volts, vous devrez utiliser pour C2, un condensateur d’une valeur de :
Ce qui, avec les valeurs numériques préconisées, revient à :
Avec cette valeur de capacité, vous obtiendrez les fréquences suivantes :
Avec 0 V une fréquence de
0 HzAvec 1 V une fréquence de
10 000 HzAvec 2 V une fréquence de
20 000 HzAvec 3 V une fréquence de
30 000 HzAvec 4 V une fréquence de
40 000 HzAvec 5 V une fréquence de
50 000 HzAvec 6 V une fréquence de
60 000 HzAvec 7 V une fréquence de
70 000 HzAvec 8 V une fréquence de
80 000 HzAvec 9 V une fréquence de
90 000 HzAvec 10 V une fréquence de
100 000 Hz
Pour obtenir des fréquences plus basses, vous devrez seulement changer la valeur du condensateur C2, en utilisant toujours la formule suivante :
Si avec une tension de 10 volts vous voulez obtenir une fréquence maximale de 10000 Hz, vous devrez utiliser pour C2, un condensateur d’une valeur de :
Note : la fréquence à intégrer dans la formule doit toujours être exprimée en kHz, ainsi en divisant 10000 par 1000, vous obtenez 10 kHz.
Avec cette valeur de capacité, vous obtiendrez les fréquences suivantes :
Avec 0 V une fréquence de
0 HzAvec 1 V une fréquence de
1000 HzAvec 2 V une fréquence de
2000 HzAvec 3 V une fréquence de
3000 HzAvec 4 V une fréquence de
4 000 HzAvec 5 V une fréquence de
5 000 HzAvec 6 V une fréquence de
6 000 HzAvec 7 V une fréquence de
7 000 HzAvec 8 V une fréquence de
8 000 HzAvec 9 V une fréquence de
9 000 HzAvec 10 V une fréquence de
10000 Hz
De par le fait qu’à partir du calcul théorique, vous obtiendrez toujours des valeurs non standards, aussi bien pour le condensateur C2 que la résistance pour R4, vous choisirez parmi les valeurs standards les plus approchantes de ces calculs. En phase de mise au point, vous appliquerez sur l’entrée la tension maximale, puis par l’ajustement du trimmer R6, vous obtiendrez la fréquence de valeur souhaitée.
Si avec une tension de 10 volts, vous voulez obtenir une fréquence maximale de 1 000 Hertz (égale à 1 kHz), vous devez utiliser pour C2, un condensateur d’une valeur de :
Avec cette capacité, vous obtiendrez les valeurs de fréquences suivantes :
Avec 0 V une fréquence de
0 HzAvec 1 V une fréquence de
100 HzAvec 2 V une fréquence de
200 HzAvec 3 V une fréquence de
300 HzAvec 4 V une fréquence de
400 HzAvec 5 V une fréquence de
500 HzAvec 6 V une fréquence de
600 HzAvec 7 V une fréquence de
700 HzAvec 8 V une fréquence de
800 HzAvec 9 V une fréquence de
900 HzAvec 10 V une fréquence de 1 000 Hz
La résistance R4 et le condensateur C2 ayant une certaine tolérance par rapport à leur valeur marquée, pour obtenir en sortie une fréquence exacte, vous devrez ajuster le trimmer R6 relié en série avec la résistance R5.
Figure 5 : Formule à utiliser pour calculer la valeur de la résistance R4 et du condensateur C2 en fonction de la fréquence que nous voulons obtenir sur la sortie du circuit intégré.Ainsi, si vous avez inséré un condensateur de 100 000 pF, vous devrez appliquer sur l’entrée une tension de 10 volts, puis régler le trimmer R6 afin de lire une fréquence de 1 000 Hz.
Si vous avez placé une capacité d’une valeur de 10 000 pF, vous devez injecter une tension de 10 volts, puis régler le trimmer R6 afin de lire une fréquence de 10 000 Hz.
Si vous avez placé une capacité d’une valeur de 1 000 pF, vous devez injecter une tension de 10 volts, puis régler le trimmer R6 afin de lire une fréquence de 100 000 Hz.
L’amplitude maximale du signal carré que vous pourrez prélever à la sortie du convertisseur, sera égale à la tension d’alimentation. Si vous alimentez le circuit intégré avec une tension de 15 volts, vous obtiendrez une tension maximale de 15 volts. Si vous l’alimentez avec une tension de 12 volts, l’amplitude maximale sera de 12 volts.
Projet d’un convertisseur fréquence/tension.
Si vous souhaitez réaliser un convertisseur capable de lire 1 000 - 10 000 - 100 000 Hz, vous pouvez utiliser le schéma de la figure 6.
Sur l’entrée de ce convertisseur, vous pourrez appliquer n’impor te quelle forme de signal, aussi bien carré, que sinusoïdal, ou même un signal en dents de scie ou triangulaire.
La fréquence appliquée sur l’entrée passe à travers la résistance R1 et le condensateur C2, rejoint la broche 3 non inverseuse de IC1, un amplificateur opérationnel LM311, utilisé comme comparateur à trigger de Schmitt.
Sur la broche 7 de cet amplificateur opérationnel, vous retrouvez un signal carré avec une amplitude maximale d’environ 11 volts indépendamment de la forme du signal qui est appliquée sur son entrée et même de la valeur de son amplitude.
Pour un fonctionnement correct, l’amplitude minimale que vous pourrez appliquer sur l’entrée ne devra pas être inférieure à 0,2 volt crête à crête.
L’amplitude maximale que vous pourrez appliquer sur l’entrée, ne devra jamais dépasser la valeur de la tension d’alimentation. Dans ce cas, elle ne doit pas dépasser 12 volts crête à crête.
En tout état de cause, les deux diodes DS1 et DS2, placées après le condensateur C1, permettent de limiter l’amplitude du signal si ce dernier devait dépasser les 6 volts positifs et les 6 volts négatifs.
Le signal carré disponible sur la broche de sortie 7, rejoint la broche d’entrée 2 de IC2, un double diviseur par 10 CMOS un CD4518.
Le fait d’avoir relié en série deux diviseurs de ce type (contenus dans le même boîtier), nous permet de récupérer la fréquence d’entrée (broche 2) divisée par 10 (sur les broches 6/10) ou par 100 (sur la broche 14).
Comme le convertisseur fréquence/tension IC3 a été câblé pour fournir en sortie une tension de 10 volts avec une fréquence maximale de 1 000 Hz, si vous reliez son entrée sur la broche de sortie de IC1, vous obtiendrez 10 volts avec une fréquence de 1 000 Hz.
Si vous reliez son entrée sur la broche de sortie 6/10 du diviseur IC2, vous obtiendrez 10 volts avec une fréquence appliquée sur l’entrée de 10 000 Hz.
Si vous reliez son entrée sur la broche de sor tie 14 du diviseur IC2, vous obtiendrez 10 volts avec une fréquence appliquée sur l’entrée de 100 000 Hz.
Ainsi, avec un simple commutateur à 3 positions (voir S1), vous pouvez lire sur le multimètre 1 000 - 10 000 ou 100 000 Hz à fond d’échelle.
Avec ces trois échelles, vous pouvez mesurer un signal BF quelconque en partant de la fréquence des basses à 100 Hz, monter aux fréquences des aiguës à 20000 Hz et vous pouvez également mesurer les fréquences ultrasoniques jusqu’à 100 000 Hz.
Pour alimenter ce convertisseur, il faut utiliser une tension de 12 volts stabilisée.
Réalisation pratique
Pour réaliser ce conver tisseur fréquence/tension, il faut utiliser le circuit imprimé double face à trous métallisés LX.1414 et monter les quelques composants visibles sur la figure 7.
Nous vous conseillons de commencer le montage par la mise en place des trois suppor ts de circuits intégrés, puis, après avoir soudé toutes leurs broches sur les pistes du circuit imprimé, vous pouvez insérer toutes les résistances, le trimmer R13 et les deux diodes DS1 et DS2.
Attention au sens de montage des deux diodes, leur repère sera orienté vers la gauche (voir figure 7).
Après ces composants, installez le condensateur céramique C5, les cinq condensateurs polyester et le condensateur électrolytique C2 en faisant bien attention à la polarité de ses deux pattes.
Le montage terminé, insérez dans leur support respectif les trois circuits intégrés en orientant leur repère de positionnement en “U” vers la gauche.
Pour ceux qui voudraient installer le montage dans un boîtier, nous vous conseillons le modèle MO.1414. Ce coffret est en effet livré avec une face avant gravée et percée (voir figure 9).
Le circuit sera fixé dans le boîtier, à l’aide des entretoises auto-adhésives. Pour les coller facilement dans le boîtier, il faut au préalable supprimer, à l’aide d’une pince coupante, les entretoises moulées du coffret (voir figure 9).
Fixer le commutateur rotatif sur le panneau avant, la prise d’entrée et les deux douilles de sortie.
Sur le panneau arrière, vous devrez percer un trou pour faire sor tir les deux fils de l’alimentation. Lorsque sur ces deux fils vous appliquerez la tension d’alimentation de 12 volts, n’oubliez pas que le fil rouge correspond au plus de l’alimentation et le fil noir au moins.
Figure 6 : Schéma électrique du convertisseur fréquence/tension. Le premier amplificateur opérationnel sert pour transformer un signal de forme quelconque (sinusoïdal, triangulaire, dents de scie) en un signal parfaitement carré. Celui-ci sera ensuite appliqué sur l’entrée du convertisseur. Le circuit intégré IC2 est un double diviseur par 10.
Figure 7 : Schéma d’implantation des composants du convertisseur fréquence/tension qui permet de lire une fréquence quelconque jusqu’à un maximum de 100 000 Hz. Sur la droite, le brochage, vu de dessus, des trois circuits intégrés CD4518, LM311 et XR4151.
Figure 8 : Voici comment se présente le convertisseur fréquence/tension une fois le montage terminé.
Figure 9 : Le circuit imprimé sera fixé à l’intérieur d’un boîtier plastique au moyen de quatre entretoises en nylon auto-adhésivesListe des composants du LX.1414
R1 = 4,7 kΩ
R2 = 100 kΩ
R3 = 100 kΩ
R4 = 10 kΩ
R5 = 10 kΩ
R6 = 3,3 kΩ
R7 = 330 kΩ
R8 = 10 kΩ
R9 = 10 kΩ
R10 = 68 kΩ
R11 = 5,6 kΩ
R12 = 10 kΩ
R13 = 5 kΩ trimmer
R14 = 100 kΩ
C1 = 100 nF polyester
C2 = 10 μF électrolytique
C3 = 100 nF polyester
C4 = 100 nF polyester
C5 = 100 pF céramique
C6 = 100 nF polyester
C7 = 1 μF polyester
DS1 = Diode 1N4148
DS2 = Diode 1N4148
IC1 = Intégré LM311
IC2 = CMOS 4518
IC3 = Intégré XR4151
S1 = Commutateur 3 pos.
Note : Toutes les résistances utilisées dans ce montage, sont des 1/4 de watt.
QUELQUES APPLICATIONS PRATIQUES :
Un compte-tours
Après avoir lu les explications données jusqu’ici, vous pourriez penser que ces circuits intégrés servent uniquement pour lire sur un multimètre la valeur d’une fréquence ou bien à générer un signal carré après avoir appliqué sur leur entrée une tension continue.
En réalité, en ajoutant quelques composants externes nous pouvons utiliser ces convertisseurs également pour lire le nombre de tours d’un arbre moteur, ou bien le nombre de tours d’un moteur de voiture et même lire la température mesurée par une sonde placée à une distance notable.
Pour mesurer le nombre de tours d’un moteur, il faut fixer sur l’arbre un petit aimant à l’aide d’un ruban adhésif (voir figure 10).
Près de cet aimant, vous approcherez un capteur à effet Hall dont la patte de sortie sera reliée à l’entrée du circuit composé des deux amplificateurs opérationnels IC1/A et IC1/B (voir figure 11). En sortie du montage, vous disposerez d’un signal carré d’une certaine fréquence qui sera appliqué à l’entrée du convertisseur fréquence/tension de la figure 6.
Si l’arbre moteur tourne à 500 tours par minute, la fréquence obtenue sera de :
Si l’arbre moteur tourne à 3 000 tours par minute, la fréquence obtenue sera de :
Ainsi, le convertisseur fréquence/tension doit être adapté pour obtenir 10 volts avec 100 Hz.
Pour obtenir cette condition, vous devrez seulement augmenter la valeur du condensateur relié à la broche 5 du convertisseur XR4151.
La valeur du condensateur polyester à modifier sera de 1 μF. Il faut également augmenter la valeur du condensateur C7 placé sur la broche 1. Ce condensateur aura une valeur de 10 μF.
Pour obtenir une précision supérieure, vous pouvez utiliser 2 aimants, qui seront fixés de part et d’autre de l’arbre moteur. De cette façon, vous aurez une fréquence double.
(3 000 : 60) x 2 = 100 Hz
Pour connaître le nombre de tours du moteur à 4 cylindres d’une voiture, nous vous conseillons d’utiliser le schéma donné en figure 12.
L’entrée de ce circuit, sera reliée sur la sor tie de la bobine de la tête de delco du véhicule.
Pour connaître la fréquence obtenue en fonction du nombre de tours, il faut appliquer la formule suivante :
Ainsi, avec 1 000 tours par minute, la fréquence obtenue sera de :
Par contre, pour 6 000 tours par minute, la fréquence obtenue sera de :
Pour pouvoir obtenir une tension de 10 volts avec une fréquence de 200 Hz, il faut utiliser pour le condensateur C4, un condensateur polyester de 470000 pF (470 nF) et placer sur la broche de sortie 1 (voir C5) un condensateur électrolytique de 10 μF.
Figure 10 : Un petit aimant fixé sur un arbre moteur et l’utilisation d’un capteur à effet Hall permettent de lire le nombre de tours de l’arbre en rotation.
Figure 11 : Schéma électrique à utiliser pour pouvoir convertir le nombre de tours d’un arbre moteur en une fréquence. Nous vous rappelons que le côté sensible d’un capteur à effet Hall est celui sur lequel il n’y a pas l’inscription UGN3503 (voir figure 10).R1 = 680 Ω
R6 = 10 kΩ
C3 = 100 nFR2 = 330 Ω
R7 = 10 kΩ
IC1 = Intégré LM358R3 = 10 kΩ
R8 = 1 MΩ
Capteur Hall = UGN3503R4 = 47 kΩ
C1 = 10 μFR5 = 1 MΩ
C2 = 10 μF
Un convertisseur température/fréquence
Pour convertir une température en une fréquence, il faut utiliser le schéma visible sur la figure 14 qui utilise comme capteur un LM35/D.
En reliant sur la patte de masse de ce capteur LM35/D une tension de référence de 2,5 volts par l’intermédiaire de la zener de précision REF25/Z ou de son équivalent LM336/Z (voir IC1), lorsque la température varie, vous obtiendrez les fréquences suivantes :
0 degré (volt 0,0) = 2 500 Hz 10 degrés (volt 0,1) =
2 600 Hz 20 degrés (volt 0,2) = 2 700 Hz 30 degrés (volt 0,3) =
2 800 Hz 40 degrés (volt 0,4) = 2 900 Hz 50 degrés (volt 0,5) =
3 000 Hz 60 degrés (volt 0,6) = 3 100 Hz 70 degrés (volt 0,7) =
3 200 Hz 80 degrés (volt 0,8) = 3 300 Hz 90 degrés (volt 0,9) =
3 400 Hz100 degrés (volt 1,0) = 3 500 Hz
Certains se demanderont pourquoi convertir la tension fournie sur la sortie
du capteur en une fréquence, alors qu’il suffirait de relier un multimètre pour connaître la température en rapport avec la tension.
Cette observation, pourrait s’avérer valable si le capteur était à portée de main, mais si celui-ci est installé sur un ballon sonde ou bien sur le sommet d’une montagne, comment feriez-vous pour envoyer cette tension à la centrale de mesure ?
Dans ce cas, vous pouvez utiliser cette fréquence pour moduler le signal HF d’un petit émetteur, puis, à la centrale, démoduler ce signal HF avec un récepteur et lire la fréquence avec un fréquencemètre ou bien le convertir de nouveau en une tension en utilisant le circuit de la figure 15.
Avec ces exemples, vous aurez à présent compris que les circuits intégrés en mesure de conver tir une fréquence en une tension ou une tension en une fréquence peuvent vous permettre de résoudre de nombreux problèmes.
Figure 12 : Si vous reliez ce montage au rupteur de l’allumeur d’un moteur à explosion, vous pourrez obtenir une tension qui sera proportionnelle au nombre de tours de l’arbre moteur. Dans l’article, nous indiquons la formule pour calculer la fréquence obtenue en fonction du nombre de tours et du nombre de cylindres du moteur.R1 = 10 kΩ
R8 = 6,8 kΩ
C4 = 470 nFR2 = 220 kΩ
R9 = 12 kΩ
C5 = 10 μF électrolytiqueR3 = 120 kΩ
R10 = 5 kΩ trimmer
C6 = 100 nFR4 = 10 kΩ
R11 = 100 kΩ
DS1-DS4 = Diode 1N4148R5 = 10 kΩ
C1 = 220 kΩ
IC1 = Intégré CD4093R6 = 10 kΩ
C2 = 100 nF
IC2 = Intégré XR4151R7 = 68 kΩ
C3 = 470 pF céramique
Figure 13 : En modulant un émetteur avec la fréquence générée par le capteur à effet Hall de la figure 11, ou du capteur de température LM35/D de la figure 14, vous pouvez connaître à distance le nombre de tours ou la température en reliant au récepteur le montage réalisé suivant le schéma de la figure 15.
Figure 14 : Pour convertir une température en une fréquence, vous pouvez utiliser ce schéma qui utilise un capteur de précision LM35/D.R1 = 10 kΩ
R7 = 5 kΩ trimmer
C5 = 100 nFR2 = 100 kΩ
R8 = 10 kΩ
C6 = 10 nFR3 = 47 Ω
C1 = 100 nF
IC1 = Diode zener LM336/ZR4 = 100 kΩ
C2 = 100 nF
IC2 = Intégré XR4151R5 = 6,8 kΩ
C3 = 1 μF
Capteur = LM35/DR6 = 12 kΩ
C4 = 1 μF
Figure 15 : Pour convertir les fréquences prélevées du capteur de température de la figure 14 transmises par radio (voir figure 13), nous vous conseillons de relier sur la sortie du récepteur le montage réalisé suivant ce schéma électrique qui permet de convertir la fréquence reçue en une tension.R1 = 10 kΩ
R8 = 1 MΩ
C2 = 10 nFR2 = 10 kΩ
R9 = 1 MΩ
C3 = 1 μFR3 = 68 kΩ
R10 = 10 kΩ
C4 = 100 nFR4 = 6,8 kΩ
R11 = 1 MΩ
C5 = 100 nFR5 = 12 kΩ
R12 = 1 MΩ
IC1 = Intégré XR4151R6 = 5 kΩ trimmer
R13 = 1 kΩ
IC2 = Diode zener LM336/ZR7 = 100 kΩ
C1 = 470 pF
IC3 = Intégré LM358
