Electronique
> Réalisations
>
Convertisseurs
> Convertisseur Tension / Fréquence 001
Dernière mise à jour : 24/11/2008Présentation
Ce montage, basé sur l'utilisation d'un LM331, assure la conversion de la valeur d'une tension continue en un signal périodique rectangulaire de fréquence donnée. Le "taux de conversion" est de 1 kHz par volt, sur une plage de 0 V à 10 V. A une tension de 1 volts correspond un signal de fréquence 1 kHz, à une tension de 4 volts correspond un signal de fréquence 4 kHz, et à une tension de 10 volts correspond un signal de fréquence 10 kHz. Il permet la transmission d'une valeur fixe ou qui bouge très peu (tension issue d'un capteur de température par exemple), sur un support qui ne le permet pas ou qui le permet très difficilement : transformateur, transmetteur sans fil, fibre optique ou optocoupleur par exemple. Schéma complémentaire à la page Convertisseur Fréquence / Tension 001. Bien entendu, tout autre usage est permis, du moment que les variations de la tension à convertir ne sont pas trop rapides (voir tests).Schéma
Pas grand chose, mais il faut un composant spécifique de type LM331.
Calcul de la fréquence de sortie
La fréquence du signal de sortie Fout est fonction de la tension d'entrée Vin et de la valeur des composants R1, C1, R2, R4 et RV1, et répond à la formule suivante :Fout = (Vin / 2,09V) * ((R2 + RV1) / R4) * (1 / (R1 * C1))
avec valeur des résistance en ohms et valeur du condensateur en farad.
Exemple, si Vin = 5V, C1 = 10 nF, R1 = 6K8, R2 = 12K, R4 = 100K et RV1 = 2K5, alors
Fout = (5 / 2,09V) * ((12000 + 2500) / 100000) * (1 / (6800 * 0.00000001))
Fout = 2.39 * 0.145 * 14705.8 = 5096 Hz
En pratique, un ajustage est nécessaire puisque la conversion dépend de la valeur du condensateur C1, dont la valeur ne sera probablement pas de 10 nF exactement, du fait de tolérances parfois assez larges pour ce genre de composant. Cet ajustage est possible ici grace à RV1, qu'il faut ajuster pour disposer d'un signal de sortie oscillant à la fréquence de 10 KHz pour une tension d'entrée Vin de 10 V.
Changement de la plage de variation
Si au lieu d'obtenir une variation de 1 kHz / volt vous souhaitez disposer d'une variation de 100 Hz / volt (soit 1 kHz pour 10 V à l'entrée), il vous suffit de remplacer la résistance R1 de 6K8 par une résistance de 68K, tout en gardant pour C1 la valeur de 10 nF. Et si vous souhaitez disposer d'une variation de 10 Hz / volt (soit 100 Hz pour 10 V à l'entrée), vous pouvez remplacer la résistance R1 de 6K8 par une résistance de 68K et remplacer le condensateur C1 de 10 nF par un condensateur de 100 nF. Vous pouvez aussi aller dans l'autre sens et disposer d'une plage de variation de 10 KHz / volt (soit 100 KHz pour 10 V à l'entrée), en adoptant pour R1 et C1 les valeurs respectives de 6K8 et 1 nF. Mais notez que l'on arrive là à la limite des capacités du circuit.Important
Pour bénéficier d'une bonne stabilité dans le temps et en fonction de la température, il faut respecter les points suivants :- le condensateur C1 doit impérativement être du type céramique NPO, téflon ou polystyrène.
- les résistances R1 et R2 doivent être de type métallique 1%.
- le potentiomètre ajustable RV1 doit être un modèle cermet.
Tests
Le graphe qui suit montre le résultat obtenu avec un LM331 cablé en convertisseur tension / fréquence (schéma de cette page), à l'entrée duquel on applique une tension d'entrée Vin - courbe verte sur le graphe, et qui est immédiatement suivi d'un LM331 cablé en convertisseur fréquence / tension (schéma de la page Convertisseur Fréquence / Tension 001), sa tension de sortie Vout étant visualisée par la courbe rouge. Comme je ne dispose pas d'un moyen simple pour faire une mesure et un enregistrement réels, vous devrez vous contenter de résultats théoriques de simulation, qui rendent cependant suffisement compte de la réalité. Notez bien que la forme des signaux montrés sur les graphes ne correspondent pas aux signaux transmis mais à des courbes de transfert.
Pour ce premier test, la variation de la tension d'entrée est linéaire et forme une dent de scie, montant en une demi-seconde et descendant sur la même durée. Puis la tension remonte à 4 V et reste à cette valeur. On note un petit accident dans le creux après la première seconde, que je ne sais pas expliquer, car le "suivi" est bon avec une tension de valeur fixe de mêmes valeurs. Le test suivant montre ce que l'on obtient avec une sinus de fréquence 1 Hz et d'amplitude 8 V crête à crête posée sur une composante continue de 5 V.
A part le démarrage où tous les condensateurs sont déchargés, le suivi de la tension d'entrée est bon. Et voici ce que cela donne si on pousse la fréquence du signal d'entrée précédent à 5 Hz.
Là, on ne peut pas vraiment dire que le transfert du signal est formidable...