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Dernière mise à jour : 19/06/2011

Présentation

Ce diviseur de fréquence numérique présente la particularité de passer par le domaine analogique. Il a été élaborée suite à une idée soumise par Fred, qui souhaitait diviser un signal périodique de fréquence variable par un facteur de division non entier mais décimal (de précisement 5,238 ou 10,476). Le schéma proposé permet une division par un facteur de l'ordre de 5, qui peut être finement ajusté pour répondre au besoin initial. Moyennant des ajustements mineurs, le taux de division peut être modifié et prendre une valeur comprise entre 1 et 20 environ.

Avertissements

Le circuit en question n'est sans doute pas parfait et sa linéarité et temps de réaction sont peut-être perfectionnables. Encore une fois il s'agit d'un montage type qui invite à la réfléxion et non d'un produit issu d'un labo high-tech. Ceci dit il a tout de même été "adapté" pour réagir le plus correctement possible à des signaux d'entrée dont la fréquence est comprise entre 10 Hz et 1 kHz. Style mesure tachimétrique pour Twingo...

Schéma

Le schéma du diviseur se présente ainsi et pas autrement, c'est lié à votre navigateur.

Principe général

Le principe consiste à convertir une fréquence donnée en une autre selon une "pente" différente de 1, en passant successivement dans deux étages de conversion. Le premier étage effectue une conversion fréquence / tension et le second étage effectue à l'inverse une conversion tension / fréquence. Les deux étages font appel à un circuit intégré de type LM331 qui est spécialement conçu pour ce genre de travail.

Conversion fréquence / tension

Assurée par le premier circuit intégré U1 / LM331, la pente de conversion est de 1 V / 50 Hz. Ce qui signifie que la sortie en tension de ce premier circuit, mesurable au point TP1, est de 1 V si la fréquence d'entrée est de 50 Hz, de 3 V si la fréquence d'entrée est de 150 Hz ou encore de 8 V si la fréquence d'entrée est de 400 Hz. La valeur de la pente est déterminée par la valeur donnée aux composants RT1 et CT1, avec ajustage fin assuré par le potentiomètre ajustable RV1. La valeur du condensateur C2 détermine le taux de fluctuation pour les fréquences d'entrée de faible valeur et en même temps conditionne le temps de réaction aux variations rapides de fréquence. Si sa valeur est faible le temps de réaction est plus grand mais la stabilité de la tension au point TP1 (et donc celle de la fréquence de sortie) est un peu moins bonne. Une valeur comprise entre 1 uF et 10 uF semble être un bon compromis pour la plage de fréquence considérée, commencer avec une valeur de 2,2 uF et ajuster au besoin.

Conversion tension / fréquence

Assurée par le second circuit intégré U2 / LM331, la pente de conversion est de 10 Hz / 1 V. Ce qui signifie que la fréquence de sortie Fout qui dépend de la tension présente au point TP1, est de 10 Hz si la tension d'entrée est de 1 V, de 50 Hz si la tension d'entrée est de 5 V, ou encore de 80 Hz si la tension d'entrée est de 8 V. La valeur de la pente est déterminée par la valeur donnée aux composants RT2 et CT2, avec ajustage fin assuré par le potentiomètre ajustable RV2. Par rapport au schéma type proposé par le fabricant du LM331, la valeur de C3 a été portée de 1 uF à 10 uF, car le convertisseur n'a pas besoin de travailler jusqu'à 10 kHz et il fallait une meilleur précision dans les valeurs basses de fréquence.

Combinaison des deux conversions

Le tableau suivant montre la relation entre fréquence d'entrée et fréquence de sortie pour quelques valeurs, avec indication de la tension analogique intermédiaire.

Fréquence d'entrée (Fin)	Tension au point TP1	Fréquence de sortie (Fout)
20 Hz	0,36 V	5 Hz
50 Hz	1,0 V	10 Hz
80 Hz	1,57 V	17 Hz
100 Hz	2,0 V	20 Hz
150 Hz	3,0 V	30 Hz
180 Hz	3,6 V	36 Hz
200 Hz	4,0 V	40 Hz
250 Hz	5,0 V	50 Hz
300 Hz	6,0 V	60 Hz
350 Hz	7,0 V	70 Hz
400 Hz	8,0 V	80 Hz

Le rapport de division est déterminé par le rapport des valeurs données aux composants RT1, CT1, RT2 et CT2. Comme RT1 a la même valeur que RT2, c'est le rapport entre les valeurs de CT1 et CT2 qui remporte les suffrages. CT1 vaut ici 200 nF (deux condensateurs de 100 nF en parallèle) et CT2 vaut 1 uF, le rapport entre les deux est bien de cinq, la fréquence de sortie Fout est cinq fois inférieure à celle de la fréquence d'entrée Fin. Pour un rapport de dix, il faudrait soit porter CT1 à 100 nF, soit porter CT2 à 2 uF (en n'oubliant pas toutefois que la pente de conversion est alors chamboulée dans un rapport de deux pour la section concernée).

Précision globale du système

- Il est important d'utiliser pour ce montage des composants de précision dont la valeur change peu en fonction de la température ambiante. Les résistances doivent impérativement être à couche métal et les condensateurs (surtout CT1, CT2) doivent posséder un coefficient de température le plus faible possible (modèles NPO par exemple).
- Comme vous le savez peut-être déjà, les condensateurs peuvent présenter une large tolérance, leur valeur réelle peut aller assez loin de leur valeur théorique (affichée). Une valeur de 10% ou 20% est loin d'être rare. Vous pouvez bien sûr utiliser des (coûteux) condensateurs de précision, mais vous pouvez aussi remplacer les résistances RT1 et RT2 par un couple résistance + potentiomètre ajustable cermet.
- Si le rapport de division mis en oeuvre est élevé, cela signifie que l'un des deux convertisseurs travaille sur une plage de tension assez réduite, ce qui réduit la précision globale de la conversion. Il est donc souhaitable que le rapport de division soit limité, disons à 15 ou 20 pour donner un ordre de grandeur (on pourrait grimper à 50 voire 100 mais en perdant alors beaucoup de l'intérêt du système).

Circuit imprimé

Non réalisé.