1] utilité - p.guidicelli

REALISATION D'UN CONVERTISSEUR FRÉQUENCE / TENSION
1] UTILITÉ
Résonance (avec détecteur de crète) (Terminale)
Démodulation de fréquence (Terminale Spécialité)
Diagramme de Bode d'un Quadripole ( filtre RC, CR, LC...) avec détecteur de crète cf documents
Mesure de la fréquence de phénomènes périodiques ,vitesse de rotation
Le but de ce montage était au départ de démoduler un faisceau LASER modulé en fréquence par le son issu
d’un micro ou d’un Walkman afin de montrer l’immunité au bruit lors d’une modulation de fréquence (fumée de
tabac , filtres divers sur la trajet du faisceau LASER)
Ce montage a bien d’autres utilités puisqu’il peut servir de fréquencemètre à sortie analogique.
Associé à un capteur à fourche, il permettra de mesurer des fréquences d’oscillateurs mécaniques, ou des
vitesses de rotations de moteurs.
La gamme de fréquence d’entrée étant très larges il conviendra à de nombreux montages.
2] LE PRINCIPE : Le but est d’obtenir une tension proportionnelle à la fréquence d’un signal d’entrée.
(cf dictionnaire Electronique PIERRON p90)
Le signal d'entrée de Période T, de fréquence f, mis au norme logique (0,5V) déclenche un monostable
(Minuterie) dont la durée à "1" est égale à T1P1*C1
Vs
Vs
Vcc
T1
T
t
T1
t
Vs = T 1. f. Vcc = P1  C1  f . Vcc
La valeur moyenne, obtenu grace à un filtre passe bas (R2 .C2=T2), du signal de sortie est T1 / T * Vcc
(Vcc tension d'alimentation du monostable)
Il faut donc que T1<< T<<T2 (prendre un rapport 10)
3] LE CAHIER DES CHARGES
1) Convertisseur multi-gammes 100Hz 1000Hz 10kHz 100kHz
2)Tension de sortie limitée soit à 5,12 V soit à 10,24 V (tensions d'entrées typiques des cartes
d'acquisitions )
3) Réglage de la capacité C2 du moyenneur afin d'avoir :
- C2 élevé pour avoir un taux d'ondulation faible lors de variation de fréquence "à la main"
- C2 faible afin de faire de la démodulation de fréquence de signaux audibles  5000Hz (peu
d'inertie du moyenneur aux variations rapides de la fréquence )
4) Un indicateur lumineux du signal de sortie (conversion modulation de fréquence en modulation
d'amplitude et possibilité de récupérer ce signal lumineux avec le boitier fibrotonic)
5) Deux indicateurs lumineux de saturation lorsque Vs >5,12 V et Vs >10,24 V (comparateurs) la tension
de sortie n’est plus proportionnelle à la fréquence d’entrée
4] LE SCHÉMA DE PRINCIPE
TL072
TL082
Valim=15V
Inverseur
Vcc=12,17V
7812
Vs
7805
Vcc=7,1V
8 7 6 5
LM 2907
1 2 3 4
8
20K
P2
+
-
B
C Ia
10K
1K
1K
D1,2,3
A
Ve
C1
P1
100K
7
+
1
-
C2
4
...
CIb
1K
1K
1K
LED1
LED2
LED3
5] NOMENCLATURE DES COMPOSANTS
C1= 100pF
1nF 10nF
100nF
(gammme de période du monostable)
C2 = 4,7uF 2,2uF 1uF 470nF 220nF 100nF 47nF 22nF 10nF 2,2nF 0
D1,2,3 Diode de redressement (élèvent de 3*0,7V=2,1V la tension du 7805
P1 Potentiomètre 100K 10 tours bobiné (70Fr)
P2 Potentiomètre 20 K ou 47 K type Trimmers cernet 20 tours série 64 (ou autre)
7812,7805 Régulateurs intégrés positifs
LM2907 Convertisseur f/tension (50Fr)
CIa CIb TL 072 ou TL082 double ampli op (alimenté asymétriquement)
LED1,2,3 Vert Jaune Rouge
6] LA REALISATION
Le montage est réalisé sur un circuit imprimé dont je vous donne le plan et l'implantation des composants :
Typon .. Insolation UV ... Révélateur (NaOH) ... Perchlorure de fer ... perceuse (forets 0.8 mm)
Rmq : Il existe une bombe aérosol qui rend transparent aux UV toute photocopie ou feuille de papier et permet
ainsi de réaliser un circuit imprimé sans reproduction du typon à l'aide de signes transferts: DIAPHANE
Le circuit imprimé a été étudié pour rentrer dans une boite BOIKELEC (20*14cm) (ISNARD
St Etienne) (30 Fr) sur laquelle on collera la photocopie de la face avant protégée ensuite avec de l'adhésif
transparent .
Attention à la polarité des condensateurs électrochimiques 4,7uF 2,2uF
7] REGLAGES
Les deux résistances de 1K du DIVISEUR DE TENSION 20K / 1K / 1K doivent être appariées
Régler P2 =20K pour avoir 5,1V au point A
8] MISE EN ROUTE
Alimentation 15V < Vcc < ≈ 20V (indispensable)
Envoyer 1000Hz à l'entrée ;
Règler Gamme =1000Hz
Règler Ondulation =1000Hz
Règler P1 (Etalonnage) pour avoir exactement 10V en sortie (Voltmètre
en DC et en AC pour mesurer l'ondulation) ou oscillo . Le LED de saturation s'éteint pour Vs ≈10V
Le sélecteur Ondulation (C2) règle la période T2 du moyenneur . Plus C2 est grand plus le taux d'ondulation
est petit mais plus le moyenneur a du mal à suivre des variations rapides de la fréquence .
Rmq : Les LED de saturation donnent une idée du taux d'ondulation : leur éclairement devenant progressif
lorsque l'ondulation est élevée et que l'on fait varier Vs avec P1 .
La linéarité du convertisseur est excellente (cf courbe 1kHz<f< 10kHz)
Gamme de fréquence
C1
C2 Préconisé
(10*C1)
100Hz
100nF
1uF ; 2,2uF 4,7 uF
1000Hz
10nF
100nF 220nF 470nF
10kHz
1nF
10nF 22nF 47nF
100kHz
100pF
1nF 4,7nF
V alim= 0V .15V
CONVERT ISSEUR FRÉQUENCE / TENSION
Vs < 5,12 V
GUIDICELLI 97
Vs = f . Vcc . P1 .C1
Vs < 10,24 V
Ve
Vs
Etalonnage (P1)
Vs
1kHz
Ve
Protection Vs < 5,12 V
Vs < 10,24 V
100kHz
10kHz
100Hz
1kHz
10kHz
100Hz
100kHz Vs > 5V Vs > 10V
Gamme (C1)
Saturation
Ondulation (C2)
fréquence=
C1=
C2=4,7uF ; 2,2uF
P1=100k
100Hz
1kHz
100 nF
10nF
1uF 470nF 220nF 100nF 47nF 22nF
10kHz
1nF
10nF 4,7nF
100kHz
100pF
1nF 0nF