| Connaître
la fréquence des signaux auxquels nous sommes confrontés est un atout
supplémentaire pour les expérimentateurs. La meilleure réponse
s'appelle fréquencemètre. |
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| Il y a vingt cinq
ans (nous sommes en l'an 2000) 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. |
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| 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. |
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Nous allons nous
intéresser essentiellement au principe de mesure utilisé par les
ensembles à composants intégrés, les micro-contrôleurs étant un peu
hors sujet. |
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Les
différentes étapes de la mesure :
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| 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. |
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- 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 que vous connaissez bien, le trigger de
schmitt.
Le montage pour un fréquencemètre est légèrement plus élaboré
mais le principe est là.
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- 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 pour la
démonstration. L'élément sur lequel repose tout cela s'appelle la
Base de Temps.
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La base de temps
est constituée d'un oscillateur à quartz car notre 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.
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- Le comptage va être effectué par des
cascades de bascules telles que celles que nous avons étudiées pour la
logique séquentielle. Vous vous doutez que 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, c'est
la classique retenue que vous pratiquez au quotidien.
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Vous remarquerez
une broche notée "Reset" car 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. |
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- 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.
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- 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.
Le schéma global de notre fréquencemètre donnera ceci :
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| 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 micro-contrôleur 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. Si vous êtes intéressé par le sujet, le web
ou la littérature sont très riches. |
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| On
trouve des fréquencemètres à tous les prix, c'est naturellement
dépendant du niveau de performance souhaité. Comme tout appareil de
mesure, le fréquencemètre est caractérisé, voyons cela : |
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- Affichage
nombre d'afficheurs, dimensions et type LCD/LED
- Mesures
Fonctions réalisées comme fréquencemètre, périodemètre,
impulsiomètre...
- Sensibilité
tension d'entrée minimum provoquant une lecture pour une gamme de
fréquence considérée, ex 100 mV entre DC et 500 MHz
- Précision de
la fréquence affichée
en ppm pour une gamme de température donnée
- Gamme de
températures d'utilisation
Gammes usuelles
- Impédance
d'entrée de l'appareil
en fonction
des différentes gammes utilisées
- Niveaux maximum
applicables
- Consommation
électrique - alimentation
- Connectique
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| 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. |
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- 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.
- Pensez à utiliser le couplage
magnétique sur les bobines.
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| La
construction d'un fréquencemètre est maintenant chose aisée car l'on
trouve à des prix très bas des circuits spécialisés limitant la
circuiterie et les câblages au minimum. Il n'en reste pas moins vrai
qu'il faut réaliser un circuit imprimé, ce n'est pas une chose
insurmontable. Ces circuits ont en général une gamme de mesure assez peu
étendue, typiquement 10 à 20 MHz et il faut leur adjoindre un
pré-diviseur rapide pour augmenter la gamme de mesure. |
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| Vous
êtes armés pour affronter la mesure de fréquence et construire votre
propre appareil. |
