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Dernière mise à jour : 20/05/2008
Présentation
Cette réalisation permet de convertir un signal
PWM
(MLI) en une tension
continue dont la valeur est proportionnelle au rapport cyclique du
signal PWM. Si le signal PWM présente un rapport cyclique de 1%,
la
tension continue produite est de 0,1V. Si le signal PWM présente
un
rapport cyclique de 99%, la tension continue produite est de 9,9V. Il
s'agit donc d'un montage qui produit l'effet inverse de mon gradateur
de lumière 005,
qui pour sa part produit un signal PWM dont le rapport cyclique
dépend
d'une tension continue. La linéarité de ce convertisseur
PWM / Tension
est relativement bonne, un signal PWM de rapport cyclique 35% produit
une tension continue de l'ordre de 3,5V, et un signal PWM de
rapport cyclique 75% produit une tension continue de l'ordre
de
7,5V. La fréquence (fixe) du signal PWM peut être comprise
entre 200 Hz et 20 KHz.
Le schéma
J'ai bien peur que ce schéma soit trop simple pour certains, qui
vont
donc considérer qu'il ne peut pas offrir des
résultats
satisfaisants. J'ai bien peur de ne pas pouvoir me joindre à
100% à ces
personnes, car après tout, flute, ça fonctionne
assez bien pour
tenter sa réalisation.
Un simple filtrage
passe-bas...
Pour être franc, ce système peut même paraître
surdimensionné, les
deux seuls composants vraiments nécessaires étant la
résistance R1 et
le condensateur C1, qui à eux deux forment un petit filtre
passe-bas.
Suprimez tout le reste, et vous avez déjà votre
convertisseur PWM /
Tension. Vous ne me croyez pas ? Essayez, et vous verrez bien. Alors
pourquoi d'autres composants ? Et bien tout simplement pour "parfaire"
le résultat. L'idéal en effet est de minimiser la charge
du filtre passe-bas, c'est à dire de se faire le plus discret
possible en sortie du filtre (point de raccordement R1 / C1) pour ne
pas perturber son fonctionnement. Dans le cas qui nous concerne, se
faire le plus discret possible signifie brancher la sortie du filtre
sur un circuit dont l'entrée est à haute
impédance. Quoi donc de plus naturel donc que de s'orienter vers
un petit amplificateur
opérationnel, qui répond justement à cet
impératif, et qui de surcroit présente une sortie basse
impédance capable de piloter facilement ce qu'on veut par la
suite ? L'AOP en question est contenu dans un boitier à 8 pattes
(DIL8), qui en comporte deux identiques (un des deux AOP du boitier
reste donc inutilisé).
Gain (amplification)
Et tant qu'on y est, mettons à profit ce petit AOP pour pouvoir
calibrer la tension continue de sortie. Comme vous l'avez
peut-être lu (sur ce site ou ailleurs), un AOP peut être
monté en amplificateur, et le gain (amplification) qu'il peut
apporter peut être fixé par le choix de deux
résistances, dont l'une peut être rendue variable. C'est
ce qui est fait ici. Le signal issus du filtre passe-bas R1 / C1 est
raccordé à l'entrée positive (non-inverseuse) de
l'AOP, nous avons donc affaire à un amplificateur non-inverseur.
Et c'est tant mieux, car si nous avions cablé notre AOP en
amplificateur inverseur, nous n'aurions pas grand chose à nous
mettre sur la dent en sortie du montage, ce dernier étant
alimenté avec une alimentation simple (unique) et non
symétrique (double). Traduction : la sortie serait toujours
à
zéro volt. Follement amusant les premiers temps, mais au bout
d'un moment on s'en lasse (c'est comme avec sa compagne : au
début on se regarde dans les yeux en souriant, et au bout d'un
moment on s'enlace). Nous disions donc amplificateur non-inverseur,
dont le gain est défini par la formule suivante :
Gain = (RV1 / R3) + 1
Si on donne à RV1 la même valeur que R3, la tension de
sortie est le double de celle appliquée à l'entrée
: pour une tension d'entrée de +5V, on sort +10V. Pratique pour
travailler sur une plage de tension de sortie de 0V à 10V avec
une tension d'entrée comprise entre 0V et +5V, non ?
"Tension d'entrée entre 0V et +5V ? Mais je croyais que le
signal PWM était numérique et qu'il ne pouvait prendre
que les deux valeurs 0V ou
+5V
?"
Oui, avant le filtre R1 / C1, il s'agit bien d'un signal
numérique (je me permet de vous rappeler en passant, qu'un
signal numérique est une forme de signal analogique). Mais
après le filtre R1 / C1, il s'agit d'un
signal analogique qui peut varier entre
0V et +5V.
C'est fou ce dont
est capable d'assurer comme rôle un
simple couple RC.
Autre plage de tension de sortie
Pour obtenir une tension de sortie maximale de valeur égale
à l'amplitude du signal PWM d'entrée, remplacer le
potentiomètre RV1 de 2K2 par un potentiomètre de 22 ohms.
En théorie, il suffit de relier directement la sortie de l'AOP
avec son entrée inverseuse, on se retrouve dans ce cas avec un
montage suiveur classique qui n'apporte pas de gain. Mais en pratique,
une résistance ajustable de faible valeur dans la boucle de
contre réaction permet d'ajuster précisement la tension
de sortie à la valeur désirée (tension de 3,3 V en
sortie pour un signal PWM de 3,3 V et de rapport cyclique 99% en
entrée, par exemple).
Un autre filtre passe-bas
en sortie
Aucune obligation d'ajouter ce second filtre passe-bas constitué
de R2 et de C2 ! Je l'ai mis pour lisser un peu le signal de sortie,
qui souffrait d'une ondulation un peu exagérée à
des fréquences basses du signal PWM. Mais en toute rigueur, il
faudrait déjà ajuster les valeurs de R1 et de C1 en
fonction de la fréquence du signal PWM. Quelle valeur choisir
pour R1 / C1 et pour R2 / C2 en fonction de la fréquence du
signal PWM, pour avoir les meilleurs résultats ? Et si je vous
laissais faire quelques tests pour vous
permettre de vous rendre compte par vous même ? Ce n'est pas si
dur que ça, après tout. Commencez avec les valeurs de
composants du
schéma, aux fréquences extrêmes de 100 Hz et 20
KHz. Si vous avez un oscilloscope, c'est super, vous comprendrez
très vite. Sinon, contentez-vous d'un multimètre... et de
votre perspicacité.
Et encore un autre filtre passe-bas en sortie...
On ne s'en lasse pas... Le montage présenté ci-avant
fonctionne bien, mais on peut trouver une ondulation de la tension de
sortie un peu trop importante pour les fréquences basses. Si
cela n'est pas trop gênant quand la tension de sortie attaque un
galvanomètre à aiguille sensible (parce que l'aiguille,
qui possède une certaine inertie mécanique, ne peut
suivre l'ondulation), il n'en est pas forcement de même si on
utilise un affichage numérique, qui risque alors d'afficher une
valeur instable. Une solution consiste à améliorer un peu
le filtre de sortie, selon le schéma présenté
ci-après.
