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Mesures > Fréquencemètre 002
Dernière mise à jour : 28/06/2008Présentation
Ce frequencemètre, de type "analogique", permet d'indiquer la fréquence d'un signal comprise entre quelques dizaines de Hz et quelques 30 MHz, sur un voltmètre classique, à aiguille ou à affichage numérique. Sa "pente" est de 1 V / KHz sur sa gamme la plus faible, ce qui signifie que la lecture d'une valeur de 2,560 V sur le voltmètre correspondra à une fréquence de 2560 Hz. Il peut sembler un peu compliqué à première vue, mais vous verrez qu'il est possible de le simplifier, au détriment de quelques une de ses caractéristiques, notemment de sensibilité d'entrée. Si le schéma dans son intégralité ne vous inspire guère, peut-être qu'en revanche une partie ou l'autre pourra vous servir dans une autre application...Avertissement
Cet appareil ne prétend pas une très haute précision de mesure, mais s'il est convenablement étaloné, vous pourrez espérer une précision de l'ordre de 0,5 %. La linéarité de la mesure dans une même gamme est meilleure que 0,1 %.Schéma
Le schéma, présenté dans sa totalité, comporte trois sous-ensembles qu'il est facile de deviner :- un étage d'entrée à haute impédance permettant de travailler avec une large plage de tensions (partie supérieure du schéma)
- un étage diviseur de fréquence par 10, par 100, par 1000 et par 10000 (partie centrale du schéma)
- un étage convertisseur fréquence / tension (partie inférieure du schéma).
Tous les composants utilisés sont faciles à trouver, pas de pièce exotique.
Etage d'entrée à haute impédance
(partie supérieure du schéma)Cet étage permet au fréquencemètre d'accépter des signaux périodiques sur une large plage de niveau. Vous pouvez parfaitement vous passer de cet étage, mais dans ce cas, l'amplitude des signaux d'entrée devra obligatoirement être comprise entre 13 V et 15 V, et être de forme rectangulaire pour un fonctionnement correct. Avec l'étage présenté ici, les signaux d'entrée peuvent posséder une amplitude comprise entre 0,5 V et quelques dizaines de volts. L'impédance d'entrée élevée est quasiment déterminée par la valeur des résistances R7 et R8, qui précèdent le transistor à effet de champ Q1, de type BF245. Ce transistor permet de se repiquer un peu n'importe où, sans perturber le circuit sous mesure. Le transistor Q2 permet de disposer d'un signal apte à attaquer l'entrée du diviseur de fréquence qui fait suite (au point A), c'est à dire avec une amplitude proche de 15 V et avec des fronts montant et descendant pas trop arrondis, même si en entrée on applique un signal sinusoïdal. Un découplage local de l'alimentation est assuré par le couple R13 / C6, afin de garantir une bonne stabilité à cette section.
Etage diviseur de fréquence
(partie centrale du schéma)Cette partie du montage est sans doute la plus simple à comprendre, puisqu'elle se résume à diviser plusieurs fois de suite par 10, la fréquence du signal d'entrée. Chaque circuit intégré de cet étage (quatre compteurs Johnson de type CD4017) assure une division par 10 du signal qu'on lui applique sur son entrée d'horloge, et le signal divisé par 10 est transmis au circuit suivant. On trouve ainsi :
- un signal divisé par 10 en sortie Q9 de U2
- un signal divisé par 100 en sortie Q9 de U3
- un signal divisé par 1000 en sortie Q9 de U4
- un signal divisé par 10000 en sortie Q9 de U5
Notons tout de suite que le quatrième diviseur (U5) est un peu du luxe, dans le sens où la vitesse maximale de comptage des circuits CD4017 est de l'ordre de 30 MHz quand la tension d'alim est de 15 V (fréquence max de 12 MHz sous alimentation 5 V). Si vous pouvez vous contenter d'une valeur de mesure maximale de 10 MHz ou 12 MHz, vous pouvez supprimer ce quatrième compteur et utiliser un rotacteur à quatre positions pour la sélection de gamme.
Etage convertisseur fréquence / tension
(partie inférieure du schéma).Ce convertisseur permet de transformer une fréquence en une tension proportionnelle. Sa "pente" de conversion est de 1 V / KHz, ce qui signifie que la lecture d'une valeur de 2,560 V sur le voltmètre (branché sur sa sortie Vout) correspondra à une fréquence de 2560 Hz, et que la lecture d'une valeur de 7,500 V sur le voltmètre correspondra à une fréquence de 7500 Hz. Si l'on applique en entrée de ce convertisseur, un signal de fréquence supérieure à 10 KHz, la tension de sortie sera supérieure à 10 V, et il sera temps de passer au calibre supérieur, à savoir diviser la fréquence du signal d'entrée par 10 (ou plus), afin de retomber dans la plage de mesure 0 - 10 KHz. Pour information, une fréquence d'entrée de 12 KHz sera bien convertie en une tension de 12 V, mais au-delà la tension de sortie sera inférieure à celle attendue (par exemple 13 V pour une fréquence de 14 KHz). Il est donc plus prudent de faire en sorte que la fréquence du signal appliqué à l'entrée du convertisseur fréquence / tension ne dépasse pas 10 KHz. La plage de fonctionnement est fixée par la valeur donnée aux divers composants qui entourent le LM331, selon la formule donnée sur le schéma lui-même. J'avoue ne m'être pas trop fatigué, ayant quasiment suivi à la lettre les indications données par le fabricant, dans son datasheet.