Présentation

Ce montage, basé sur l'utilisation d'un LM331, assure la conversion de la fréquence d'un signal périodique rectangulaire en une tension continue. Le "taux de conversion" est de 1 volt par kHz : à une fréquence de 1 kHz  correspond une tension de 1 V, et à une fréquence de 4 kHz  correspond une tension de 4 V. Ce montage peut permettre de transmettre une valeur fixe ou qui bouge très lentement (tension issue d'un capteur de température par exemple), sur un support qui ne le permet pas ou qui le permet très difficilement : transformateur, transmetteur sans fil, fibre optique ou optocoupleur par exemple. Bien entendu, tout autre usage est permis, du moment que les variations de la tension à convertir ne sont pas trop rapides. Ce schéma est complémentaire de celui présenté à la page Convertisseur Tension / Fréquence 001.

Le schéma

Question complexité, c'est du même tonneau que le montage à LM331 opérant dans le sens inverse.

Conv Frequence / Tension

Calcul de la tension de sortie

La tension de sortie est fonction de la fréquence d'entrée, selon la formule suivante :
Vout = Fin * 2.09 * (R9 / (R7 + RV2)) * R8 * C3
(valeur des résistances et potentiomètre en ohms, et valeur du condensateur en farads)

Exemple 1 : Fin = 10 KHz (pot RV2 réglé à 2K2)
Vout = 10000 * 2.09 * (100000 / (12000 + 2200)) * 6800 * 0.00000001
Vout = 10,00 V

Exemple 2 : Fin = 4 KHz (pot RV2 réglé à 2K2)
Vout = 4000 * 2.09 * (100000 / (12000 + 2200)) * 6800 * 0.00000001
Vout = 4,00

Modification de la fonction de transfert

Vous souhaitez maintenant produire une variation de 10 V en sortie pour une fréquence d'entrée max de 100 Hz (1 V pour 10 Hz). La formule donnée précédement s'applique toujours, et comme le condensateur C3 est un des composants prenant part dans la formule, on peut se contenter d'en modifier sa valeur dans un rapport de 100. De 10 nF, il passe ainsi à 1 uF.

Exemple 1 : Fin = 100 Hz (pot RV2 réglé à 2K2)
Vout = 100 * 2.09 * (100000 / (12000 + 2200)) * 6800 * 0.000001
Vout = 10,00 V

Tests (pour plage 10 kHz)

Le graphe qui suit montre le résultat obtenu avec un LM331 cablé en convertisseur tension / fréquence (schéma de la page Convertisseur Tension / Fréquence 001), à l'entrée duquel on applique une tension d'entrée Vin - courbe verte sur le graphe, et qui est  immédiatement suivi d'un LM331 cablé en convertisseur fréquence / tension (schéma de cette page), sa tension de sortie Vout étant visualisée par la courbe rouge. Comme je ne dispose pas d'un moyen simple pour faire une mesure et un enregistrement réels, vous devrez vous contenter de résultats théoriques de simulation, qui rendent cependant suffisement compte de la réalité. Notez bien que la forme des signaux montrés sur les graphes ne correspondent pas aux signaux transmis mais à des courbes de transfert.

conv_v_f_v_001_graphe_001

Pour ce premier test, la variation de la tension d'entrée est linéaire et forme une dent de scie, montant en une demi-seconde et descendant sur la même durée. Puis la tension remonte à 4 V et reste à cette valeur. On note un petit accident dans le creux après la première seconde, que je ne sais pas expliquer, car le "suivi" est bon avec une tension de valeur fixe de mêmes valeurs. Le test suivant montre ce que l'on obtient avec une sinus de fréquence 1 Hz et d'amplitude 8 V crête à crête posée sur une composante continue de 5 V.

conv_v_f_v_001_graphe_002

A part le démarrage où tous les condensateurs sont déchargés, le suivi de la tension d'entrée est bon. Et voici ce que cela donne si on pousse la fréquence du signal d'entrée précédent à 5 Hz.

conv_v_f_v_001_graphe_003

Là, on ne peut pas vraiment dire que le transfert du signal est formidable...

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