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Bonjour, voici une petite rubrique qui je l'espère rendras
service à certains Om,s. Cette rubrique n'a pas la prétention de
donner des cours, mais d'aider et de comprendre le
fonctionnement de notre matériel.
Si vous avez des
compléments d'informations, ou des suggestions, je suis ouvert à
toutes proposition.
Bernard
Le fréquencemètre.
Connaître la fréquence des signaux auxquels nous sommes confrontés est un
atout supplémentaire pour les expérimentateurs. La meilleure
réponse s'appelle fréquencemètre.
Il y a vingt cinq ans (nous sommes en l'an 2004) le fréquencemètre
était un appareil rare, cher et qui ne se trouvait pas dans le premier
labo venu. L'apparition sur le marché des circuits intégrés a propulsé
cet appareil de mesure sur le devant de la scène rendant son coût plus
faible et sa fabrication beaucoup plus simple.
Dans le domaine de la mesure de fréquence les radioamateurs sont
passés en 20 ans de la préhistoire avec l'utilisation d'ondemètres à
absorption à l'ère atomique avec l'arrivée des circuits spécialisés et
des microcontrôleurs.
Nous allons nous intéresser essentiellement au principe de mesure
utilisé par les ensembles à composants intégrés, les microcontrôleurs
étant un peu hors sujet.
Les différentes étapes de la mesure :
Le résultat que nous voulons obtenir est l'affichage sur un dispositif
quelconque de la fréquence d'un signal présent à l'entrée de
l'appareil. Nous allons donc fonctionner en électronique digitale ce
qui va occasionner certaines contraintes comme la mise en forme des
signaux.
Nous trouverons donc à l'entrée de tout fréquencemètre un
amplificateur qui devra être aussi large bande que possible et
présenter dans sa bande passante un gain a peu près constant. Son rôle est
d'amener l'amplitude des signaux à mesurer à une valeur compatible avec le
traitement qui va être effectué dans la mise en forme cet amplificateur est
suivi d'un circuit de mise en forme des signaux car, pour être comptés, ces
signaux doivent être transformés de sinusoïdaux (ou autre chose) en signaux
carrés. Seuls les signaux
carrés seront susceptibles d'être pris en compte par la logique de
comptage. On fait appel à un circuit , le trigger de schmitt.
Le montage pour un fréquencemètre est légèrement plus élaboré mais le principe
est là.
Maintenant que les signaux d'entrées sont de formes carrées, nous
allons passer au principe de comptage. La façon la plus simple
consistera à compter combien nous avons de créneaux pendant un laps de temps
donné, mettons une seconde pour l'exemple. Pour accomplir cela, nous devons
réaliser un dispositif qui laissera passer les signaux
pendant la durée de comptage et réalisera quelques fonctions annexes
secondaire . L'élément sur lequel repose tout, cela s'appelle la Base
de Temps.
La base de temps est constituée d'un oscillateur à quartz car la
référence de temps doit être précise. Plus cette référence sera
précise, plus notre compteur le sera également. On trouve ensuite des
éléments chargés de mettre en forme et d'extraire à partir des signaux
fournis par l'oscillateur à quartz les signaux de gestion.
Les signaux issus de l'entrée et mis en forme sont envoyés sur une
entrée d'une porte ET, l'autre entrée reçoit les signaux en provenance
de la base de temps. Comme il s'agit d'une porte ET, nous retrouverons
nos signaux d'entrée à la sortie en fonction de l'état de l'entrée que
l'on appellera horloge (la base de temps). Pour le moment nous n'avons
encore rien compté, mais désormais nous avons des paquets d'impulsions qu'il
ne nous reste plus qu'à décortiquer.
Le comptage va être effectué par des cascades de bascules,
ces bascules sont encapsulées dans un circuit plus générique appelé diviseur.
Nous utiliserons des diviseurs par 10 (5 et
2). Sur chaque diviseur, une sortie spéciale change d'état quand la
dizaine est franchie.
Après chaque comptage, il faudra bien entendu remettre à 0 tous les
compteurs. Si nous ne faisions pas cela nous obtiendrions la somme du comptage
du précédent.
L'impulsion de remise à 0 est fournie par la base de temps.
Maintenant à la fin de chaque cycle d'horloge nous possédons une
information issue de nos compteurs qui nous donne le nombre
d'impulsions comptées. Nous devons les afficher, c'est quand même la
finalité. Nous souhaitons que l'affichage soit fixe pendant le
comptage, nous ne souhaitons pas voir défiler les chiffres car c'est
lassant et surtout pas commode. Nous allons donc mettre le résultat du
comptage dans une mémoire, mémoire que nous rafraîchirons pour le
cycle suivant de comptage. L'impulsion qui commandera cette opération
sera également fournie par la Bdt. Vous mesurez combien de chose fait
cette base de temps.
Il ne nous reste plus grand chose à faire sinon afficher. Pour cela il
faudra passer par un circuit spécial appelé décodeur qui va, partant
du code fournit par les diviseurs, permettre sa conversion en code
d'affichage 7 segments. Les afficheurs modernes intègrent désormais
cette fonction.
Nous venons de voir comment était constitué un bon vieux
fréquencemètre de dans le temps. La technique évolue et pour certaines
applications on a désormais recours au microcontrôleur qu'on met aujourd'hui à
toutes les sauces Avec ce type de composant, la
technique est sensiblement différente et le gros du travail est
essentiellement dans la programme que l'on charge dans la mémoire de
ce microprocesseur dédié.
Comme tout appareil de mesure, le fréquencemètre perturbe le milieu
observé, aussi infimes que soient ces perturbations, elles existent.
En conséquence, comme pour toute mesure, il faudra être vigilant quant à la
cohérence du résultat affiché et ne pas croire aveuglément ce qui est écrit
(c'est d'ailleurs vrai pour tous les domaines de la vie...). Ce sera d'autant plus vrai si votre appareil est de construction
maison.
Pensez que vos amplis d'entrée ont une bande passante et que le gain
peut onduler fortement dans cette bande passante d'ou parfois avec des signaux
tangents des affichages erratiques. En présence de signaux riches en
harmoniques, le fréquencemètre peut indiquer un harmonique sur lequel sa
sensibilité est grande, méfiance.
Un affichage instable est le signe d'une mauvaise mesure. Attention à la prise
de tension HF, pensez à utiliser un condensateur sur votre sonde et pensez que
les capacités ont des réactances. Si vous mesurez un oscillateur et que vous
l'écoutiez sur un récepteur, vous constaterez la présence de beaucoup de bruit
ramené
par votre appareil de mesure et probablement une légère dérive. D'une part le
fréquencemètre fonctionne avec des signaux carrés, d'autre part il charge
votre circuit.
Bernard - 11Mag@zine
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