Avec un doubleur de tension, on obtient 10 volts à partir de 5 volts, avec deux doubleurs, on obtient 15 volts et ainsi de suite.

Si V est la tension initiale et N le nombre de doubleurs de tension, la tension finale vaut : (N + 1) x V (volts).

L'inconvénient de ce montage expérimental réside dans le fait que le courant disponible en sortie est relativement faible.

Néanmoins, il existe des convertisseurs basés sur ce principe et capables de fournir une puissance suffisante permettant d'alimenter un circuit électronique.

8 - CINQUIÈME EXPÉRIENCE : RÉALISATION D'UN FRÉQUENCEMÈTRE ANALOGIQUE

Dans cette expérience, le LM 555 est utilisé pour la conception d'un fréquencemètre assez simple.

Bien que la précision de celui-ci soit assez faible, ce circuit permet de comprendre le principe d'un fréquencemètre analogique.

8. 1. - RÉALISATION DU CIRCUIT

a) Tout en laissant en place le circuit LM 555, retirez les composants et les liaisons relatifs à l'expérience précédente.

b) Insérez sur la matrice deux condensateurs de 0,01 µF, un condensateur de 330 pF, deux résistances de 6,8 kW, une résistance de 4,7 kW et un trimmer de 10 kW dans les positions illustrées figure 19.

c) Effectuez ensuite les liaisons indiquées dans cette figure 19.

Le schéma électrique du fréquencemètre analogique est donné figure 20.

8. 2. - ESSAI DE FONCTIONNEMENT

a) Préparez le contrôleur pour la mesure de courant continu calibre 1 mA et reliez la pointe de touche négative (noire) à la masse et la pointe de touche positive (rouge) à l'extrémité libre du trimmer de 10 kW, comme illustré figure 19.

Pour effectuer le raccordement des pointes de touche, utilisez deux morceaux de fil rigide isolé dénudé que vous enroulerez autour des pointes de touche.

b) Disposez le générateur d'horloge sur 10 kHz.

c) Mettez le Digilab sous tension et tournez la vis du trimmer de manière que le galvanomètre indique 1 mA (aiguille en fin d'échelle).

d) Disposez le générateur d'horloge sur 1 kHz et lisez la valeur indiquée par le galvanomètre. Elle est d'environ 0,1 mA.

e) Mettez le Digilab hors tension.

Avec le circuit que vous venez de réaliser, vous obtenez donc une indication analogique de la valeur d'une fréquence. En effet, la position de l'aiguille du galvanomètre est directement fonction de la fréquence du signal présent à l'entrée du circuit. Il suffirait d'utiliser une échelle appropriée pour effectuer la lecture directement en Hz.

Dans le cas présent, c'est le calibre 1 mA qui est utilisé et le trimmer R4 sert de résistance additionnelle pour que la fréquence de 10 kHz corresponde à la déviation maximale de l'aiguille.

L'indication du galvanomètre est proportionnelle à la fréquence. C'est pour cela qu'à 1 kHz, le galvanomètre indique 0,1 mA.

A 5 kHz, il indiquerait 0,5 mA, à 8 kHz il indiquerait également 0,8 mA et ainsi de suite.

Le principe de fonctionnement est basé sur la mesure de la tension moyenne du signal de sortie du monostable.

La valeur moyenne de la tension d'un signal périodique se calcule sur une période.

Dans le cas du signal de la figure 21, la valeur moyenne Vm vaut :

Dans le circuit expérimenté, pour chaque transition du signal d'horloge d'un niveau H à un niveau L, le monostable génère une impulsion dont la durée T vaut :

T = 1,1 R1 C2 = 1,1 x 6,8 x 10³ x 0,01 x 10^-6

T = 75 µS

A la sortie du monostable, on obtient un signal rectangulaire dont la fréquence est identique à celle du signal de déclenchement et dont chaque impulsion dure 75 µS.

La figure 22 représente les tensions Ve à l'entrée du monostable, Vt sur l'entrée de déclenchement du monostable et Vs à la sortie du monostable dans les deux cas expérimentés.

Les tensions Vt représentent les tensions d'entrée Ve différentiées grâce au réseau constitué de R2, R3 et C3 (figure 20).

Ceci permet d'avoir une impulsion de déclenchement très courte par rapport à l'impulsion de sortie du monostable. Ce problème a été abordé au cours de la théorie digitale 6 (pseudo-monostable). Vous remarquez que le monostable est déclenché sur le front négatif du signal d'entrée.

Lors du front montant du signal d'entrée, une impulsion positive est appliquée sur l'entrée de déclenchement puis très rapidement la tension sur l'entrée de déclenchement retombe à 2 volts (Vt = 2 volts).

En effet, le rapport des résistances R2 et R3 impose un potentiel de 2 volts sur l'entrée de déclenchement.

Par ailleurs, n'oublions pas que le comparateur de déclenchement bascule pour 1,66 volt.

Donc lorsque le signal d'entrée repasse au niveau L, une impulsion négative est créée sur l'entrée de déclenchement dont le potentiel descend en dessous de 1,66 volt et le monostable se déclenche à ce moment-là.

Si nous observons la figure 22, nous nous apercevons que le rapport entre la durée de l'impulsion de sortie (75 µs) et la durée pendant laquelle le signal de sortie est au niveau L est directement proportionnel à la fréquence du signal d'entrée.

Effectivement, lorsque la fréquence du signal d'entrée vaut 10 kHz, la valeur moyenne Vm1 du signal de sortie vaut :

Vm1 = VH x tH x F = 5 x 75 x 10^-6 x 10 x 10³ = 3,75 volts.

Dans le second cas, avec F = 1 kHz, nous obtenons :

Vm2 = VH x tH x F = 5 x 75 x 10^-6 x 10³ = 0,375 volt

Il serait donc possible d'effectuer directement la mesure de cette tension moyenne avec un galvanomètre équipé d'une bobine mobile car cette dernière ne peut suivre les variations rapides de tension.

Dans le cas qui nous préoccupe, nous préférons utiliser le trimmer R4 et mesurer le courant qui le traverse, celui-ci étant proportionnel à la tension moyenne de sortie du monostable.

Cela vous permet de calibrer le galvanomètre afin qu'à 10 kHz l'aiguille dévie au maximum (1 mA).

Le courant moyen mesuré est Im = Vm / R ; R étant la somme des résistances en série du trimmer et du galvanomètre.

C'est une constante, donc Im est bien proportionnel à Vm et par conséquent à la fréquence.

Néanmoins, ce système de mesure est relativement imprécis, tant par l'imprécision du contrôleur et des composants que par la méthode par laquelle on obtient la valeur moyenne. Pour réaliser des mesures plus précises, il serait nécessaire de recourir à des circuits plus complexes, réalisés avec des amplificateurs opérationnels, mais cela dépasserait le cadre de ce cours.

Nous allons voir comment effectuer cette mesure de fréquence avec un système digital.

Cliquez ici pour la leçon suivante ou dans le sommaire prévu à cet effet.	Haut de page
Page précédente	Page suivante

Nombre de pages vues, à partir de cette date : le 15 JUILLET 2019