Qu'est-ce que la fréquence ?

Imaginez que vous essayez de réparer la voiture télécommandée de votre enfant. Elle a des ratés : elle avance bien, puis recule soudainement sans raison. Vous avez vérifié les piles et elles sont en bon état. Vous l'ouvrez donc en espérant trouver un fil mal branché. Vous avez votre fidèle multimètre et un petit oscilloscope que vous avez emprunté à un ami. Vous vérifiez les connexions, puis vous fixez les sondes de l'oscilloscope sur le circuit de commande du moteur. Vous vous attendez à voir une belle onde carrée propre lorsque vous appuyez sur le bouton de marche avant. Au lieu de cela, l'écran affiche une onde bizarre, vacillante, qui ressemble à un battement de cœur. Ce n'est pas du tout le signal on/off régulier auquel vous vous attendez. Et voici la fréquence.

La fréquence est un concept fondamental en électronique. Elle est essentielle pour comprendre le fonctionnement des circuits, résoudre les problèmes, concevoir de nouveaux circuits et assurer la sécurité. En maîtrisant la fréquence, vous serez en mesure de travailler plus efficacement avec les systèmes électroniques.

La compréhension de la fréquence est absolument cruciale pour toute personne travaillant dans le domaine de l'électronique, en particulier lors de l'utilisation d'outils tels que les oscilloscopes et les multimètres. Voyons maintenant ce qu'est la fréquence.

1. Qu'est-ce que la fréquence ?

La fréquence est essentiellement le nombre de fois qu'une chose se produit au cours d'une période donnée. Elle désigne le nombre de fois qu'un événement se répète par unité de temps. Dans le contexte des signaux électriques, elle décrit la fréquence à laquelle une forme d'onde (telle qu'une onde sinusoïdale, une onde carrée ou tout autre signal périodique) se répète en une seconde.

Il s'agit du nombre de fois qu'un événement se répète dans un laps de temps donné, généralement une seconde. La fréquence est mesurée en Hertz (Hz).

Voici quelques exemples pour vous aider à comprendre :

• Lumière clignotante : Imaginez une ampoule qui clignote. Si elle clignote une fois par seconde, on dit qu'elle a une fréquence de 1 Hz. Si elle clignote cinq fois par seconde, sa fréquence est de 5 Hz.
• Cordes de guitare : Lorsque vous pincez une corde de guitare, elle vibre d'avant en arrière. Si elle vibre 440 fois par seconde, elle produit une note de musique d'une fréquence de 440 Hz.
• Rythme cardiaque : Votre cœur bat régulièrement. S'il bat 60 fois par minute, cela équivaut à peu près à un battement par seconde, et sa fréquence est donc d'environ 1 Hz.

La fréquence indique essentiellement le degré de répétitivité d'un événement. Plus la fréquence est élevée, plus l'événement se produit souvent.

Décortiquons les ondes sinusoïdales et la fréquence à l'aide de quelques images :

1). L'onde sinusoïdale (l'image ci-dessous est tirée de https://reviseomatic.org/)

onde sinusoïdale avec des pics, des creux et un cycle complet étiqueté

*  Pics : Les points les plus élevés de la vague.

* Les dépressions : Les points les plus bas de la vague.

* Cycle : Une répétition complète du motif de l'onde.

2). Fréquence

La fréquence est le nombre de cycles qui se produisent en une seconde. Elle est mesurée en Hertz (Hz).

• Exemple : Si l'onde sinusoïdale ci-dessus effectue un cycle toutes les secondes, sa fréquence est de 1 Hz.

3).Comment la fréquence affecte la forme d'onde

(Cette image provient de https://www.cs.csustan.edu/)

trois ondes sinusoïdales de fréquences différentes : basse fréquence, moyenne fréquence, haute fréquence

* Basse fréquence : L'onde a moins de cycles par seconde, elle apparaît donc plus large et plus lente.

* Haute fréquence : L'onde a plus de cycles par seconde, elle apparaît donc plus étroite et plus rapide.

Points clés

• Longueur d'onde : La distance entre deux pics ou creux consécutifs. Une fréquence plus élevée signifie une longueur d'onde plus courte.
• Amplitude : La hauteur de l'onde depuis la ligne médiane jusqu'à un pic ou un creux. L'amplitude n'est pas affectée par la fréquence.

Comprendre la fréquence nous aide à analyser et à interpréter les signaux en électronique. En observant comment les formes d'onde changent en fonction de la fréquence, nous pouvons identifier les problèmes potentiels et nous assurer que nos circuits fonctionnent correctement.

2.Comment mesurer la fréquence à l'aide d'un oscilloscope multimètre

La fréquence peut être mesurée de différentes manières, en fonction du type de signal et des outils dont vous disposez. Voici quelques méthodes courantes :

1) Utilisation d'un compteur de fréquence

• Comment cela fonctionne-t-il ? Un compteur de fréquence est un instrument spécialisé conçu spécifiquement pour mesurer la fréquence. Il compte le nombre de cycles d'un signal dans une période de temps donnée et affiche le résultat en Hertz (Hz).
• Comment l'utiliser ?
  • Connecter le compteur de fréquence à la source du signal.
  • Sélectionnez la plage d'entrée appropriée sur le compteur.
  • Le compteur mesure et affiche automatiquement la fréquence.

2). Utilisation d'un oscilloscope

• Comment cela fonctionne-t-il ? Un oscilloscope affiche une représentation visuelle d'un signal sous la forme d'une onde. Vous pouvez déterminer la fréquence en mesurant la durée d'un cycle complet (la période), puis en calculant la fréquence à l'aide de la formule suivante : Fréquence = 1 / Période.
• Comment l'utiliser ?
  • Connectez les sondes de l'oscilloscope à la source du signal.
  • Réglez la base de temps et l'échelle verticale de l'oscilloscope pour obtenir une vue claire de la forme d'onde.
  • Mesurez le temps d'un cycle complet (période) à l'aide du graticule ou des curseurs de l'oscilloscope.
  • Calculer la fréquence à l'aide de la formule mentionnée ci-dessus.

3). Utilisation d'un multimètre pour la mesure de la fréquence

• Comment cela fonctionne-t-il ? Certains multimètres numériques disposent d'une fonction de mesure de la fréquence intégrée. C'est le cas de notre nouveau modèle ZT-703S les multimètres oscilloscopiques, Ils peuvent mesurer la fréquence des signaux alternatifs.
• Comment l'utiliser ?
  • Entrer dans le menu de la sixième page sur ZT-703S oscilloscope multimètres appuyez sur la touche F1 pour accéder aux applications étendues. A ce stade, l'écran affiche des options pour la navigation dans l'image et les modèles de sortie de signal. Sélectionnez Sortie de signal, puis appuyez sur la touche MENU pour accéder à l'interface des paramètres de sortie du générateur de signaux.
  • Utilisez les touches fléchées vers le haut et vers le bas pour sélectionner la forme d'onde de sortie : onde sinusoïdale, onde carrée, onde triangulaire, demi-onde, onde complète ou onde en dents de scie. La fenêtre d'affichage de l'écran affiche de manière synchronisée la forme d'onde correspondante.
  • Utilisez les touches fléchées gauche et droite pour changer l'unité de fréquence entre 1Hz et 1KHz.

• Note : cette opération est réalisée à partir de ZT-703S manuel d'utilisation des multimètres oscilloscopiques à la page 25

  4). Mesures basées sur des logiciels

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  • Comment cela fonctionne-t-il ? Il existe des applications logicielles qui peuvent mesurer la fréquence en utilisant la carte son d'un ordinateur ou d'autres périphériques d'entrée. Ces applications analysent le signal entrant et calculent la fréquence.
  • Comment l'utiliser ?
    • Connectez la source du signal à l'entrée audio de l'ordinateur ou à une autre entrée appropriée.
    • Installez et exécutez le logiciel de mesure de la fréquence.
    • Suivez les instructions du logiciel pour mesurer la fréquence.

• Considérations importantes :

  • Type de signal : La méthode choisie peut dépendre du type de signal mesuré (par exemple, onde sinusoïdale, onde carrée, train d'impulsions).
  • Gamme de fréquences : Assurez-vous que l'instrument que vous utilisez est capable de mesurer la gamme de fréquences de votre signal.
  • Précision : La précision de la mesure dépend de l'instrument et de la qualité du signal.

  3. Facteurs affectant les mesures de fréquence

  Certaines sources d'erreur potentielles, telles que le bruit, la distorsion du signal, le mauvais positionnement de la sonde, etc. affectent les mesures de fréquence. Voici quelques détails supplémentaires sur certaines de ces sources d'erreur :

  • Le bruit : Le bruit peut être causé par divers facteurs, tels que le bruit thermique, le bruit de grenaille et le bruit de scintillement. Il peut être réduit en utilisant un amplificateur à faible bruit ou en filtrant le signal.
  • Distorsion du signal : La distorsion du signal peut être causée par des facteurs tels que l'écrêtage, la saturation et la non-linéarité. Elle peut être réduite en utilisant un amplificateur de haute qualité et en veillant à ce que le signal ne soit pas surchargé.
  • Mauvais positionnement de la sonde : La sonde doit être placée à un endroit où elle peut capter le signal avec force et sans interférence. Elle doit également être orientée correctement.
  • Interférence : Les interférences peuvent être causées par d'autres signaux dans l'environnement, tels que les ondes radio ou les champs électromagnétiques. Elles peuvent être réduites en protégeant le signal ou en utilisant un filtre pour bloquer les signaux parasites.

  (Ces données sont rapportées par les sites web de recherche d'images ci-dessous)

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  Il est donc important de connaître les sources potentielles d'erreur dans les mesures de fréquence afin de pouvoir prendre des mesures pour les minimiser.

  Une configuration et un étalonnage corrects de l'équipement de test de fréquence sont essentiels pour obtenir des mesures précises et fiables. Voici pourquoi :

  1. Précision et fiabilité :
  • Assure la véracité des mesures : L'étalonnage permet de vérifier que l'équipement mesure les fréquences dans les limites de précision spécifiées. Sans cet étalonnage, les relevés peuvent être erronés, ce qui conduit à des conclusions erronées.  
  • Réduit les erreurs : Une installation correcte minimise les facteurs externes tels que les interférences ou les mauvaises connexions qui peuvent fausser les relevés.
  • Cohérence : L'étalonnage garantit que l'équipement fournit des relevés cohérents dans le temps, ce qui permet des comparaisons fiables et une analyse des tendances.
  2. Conformité et normes :
  • Conforme aux normes industrielles : De nombreuses industries ont des réglementations exigeant un équipement calibré pour le contrôle de la qualité et la sécurité.  
  • Traçabilité : L'étalonnage permet de relier les mesures à des normes nationales ou internationales, garantissant ainsi la cohérence et la comparabilité à l'échelle mondiale.  
  3. Prise de décision :
  • Des décisions éclairées : Des mesures de fréquence précises sont essentielles dans divers domaines, de la recherche et du développement à la fabrication et aux télécommunications. Une configuration et un étalonnage appropriés garantissent que les décisions prises sur la base de ces mesures sont judicieuses.  
  • Éviter les erreurs coûteuses : Des mesures inexactes peuvent entraîner des conceptions erronées, des erreurs de production, voire des risques pour la sécurité.  
  4. Longévité de l'équipement :
  • Prolonge la durée de vie : Un étalonnage régulier permet d'identifier rapidement l'usure ou les problèmes potentiels, ce qui permet d'effectuer une maintenance en temps voulu et d'éviter une défaillance prématurée.  
  • Optimise les performances : Une configuration et un étalonnage appropriés garantissent que l'équipement fonctionne de manière optimale et maximise ses capacités.

    Une configuration et un étalonnage corrects sont essentiels pour garantir la précision, la fiabilité et la cohérence des mesures de fréquence. Ils sont essentiels pour une prise de décision éclairée, la conformité aux normes et l'optimisation de la durée de vie. Lorsque vous recherchez un les multimètres oscilloscopiques, il vaut mieux être attentif à ces facteurs.

    4.Applications de la mesure de la fréquence

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    La mesure de la fréquence est un outil essentiel dans les domaines de l'électronique et de l'ingénierie. Vous trouverez ci-dessous des exemples pratiques de son utilisation dans différents secteurs :

    1) Dépannage des circuits électroniques

    • Identification des composants défectueux: En analysant les écarts par rapport aux fréquences attendues du signal (par exemple, à l'aide d'oscilloscopes ou d'analyseurs de spectre), les ingénieurs peuvent détecter les dysfonctionnements des oscillateurs, des filtres ou des capteurs.
    • Diagnostiquer les problèmes d'intégrité du signal: Mesurer les signaux d'horloge ou les sorties PWM pour localiser les erreurs de synchronisation, le bruit ou la distorsion dans les circuits.
    • 2) Test de l'équipement audio
      • Analyse de la réponse en fréquence: Évaluer les amplificateurs, les haut-parleurs et les microphones afin de garantir des courbes de réponse plates pour une reproduction sonore de haute fidélité.
      • Calibrage audio: Utiliser des outils tels que les analyseurs audio pour régler les égaliseurs, les mixeurs ou les casques afin d'obtenir des performances optimales.
      • 3) Télécommunications
        • Modulation/démodulation du signal: Mesurer les fréquences porteuses dans les réseaux radio, Wi-Fi ou cellulaires (par exemple, 5G, LTE) pour assurer une transmission correcte du signal.
        • Gestion du spectre: Surveiller les bandes de fréquences pour éviter les interférences dans les communications par satellite ou les systèmes à fibre optique.

        4) Systèmes numériques

        • Synchronisation de l'horloge: Vérifier les fréquences d'horloge des microprocesseurs, des FPGA ou des modules de mémoire afin d'éviter les décalages temporels.
        • Validation du débit de données: Tester les protocoles de communication série (par exemple, USB, SPI) jusqu'à 4

        5) Systèmes d'alimentation

        • Stabilité du réseau: Surveiller la fréquence de l'alimentation en courant alternatif (50 Hz ou 60 Hz) pour détecter les surcharges du réseau ou les dysfonctionnements du générateur.
        • Intégration des énergies renouvelables: Synchroniser les onduleurs solaires/éoliens avec la fréquence du réseau pour assurer une fourniture d'énergie stable.

        6) Technologies émergentes

        • Dispositifs IoT: Valider les taux d'échantillonnage des capteurs (par exemple, température, mouvement) pour une acquisition fiable des données.
        • Systèmes automobiles: Mesure du régime du moteur via les capteurs de position du vilebrequin ou test des fréquences radar ADAS (par exemple, 77 GHz)
        • 5. conseils et astuces pour des mesures de fréquence précises
        • 1. choisir le bon équipement :
        • Gamme de fréquences : Choisissez un compteur de fréquence ou un multimètre oscilloscope capable de mesurer avec précision la gamme de fréquences avec laquelle vous travaillez. N'utilisez pas un appareil dont la plage est limitée pour les signaux à haute fréquence, ou vice-versa.
        • Précision et résolution : Tenez compte de la précision et de la résolution requises. Les appareils à plus haute résolution offrent des mesures plus précises, mais peuvent être plus coûteux.
        • Impédance d'entrée : Adaptez l'impédance d'entrée de l'instrument de mesure à l'impédance de la source du signal afin d'éviter les réflexions et les imprécisions du signal.
        2. Placement des sondes et connexions :
        • Connexions propres : Veillez à ce que toutes les connexions soient propres et sûres afin de minimiser le bruit et les interférences. Utilisez des câbles et des connecteurs de haute qualité.
        • Mise à la terre correcte : Une bonne connexion à la terre est essentielle pour obtenir des mesures précises. Utilisez une connexion à la terre courte et de faible impédance.
        • Réduire au minimum les longueurs des fils : Les fils des sondes doivent être aussi courts que possible pour réduire les effets de la capacité et de l'inductance, en particulier lors des mesures à haute fréquence.
        • Blindage : Utilisez des câbles et des sondes blindés afin de minimiser la captation des interférences électromagnétiques externes.
        • Effets de chargement : Il faut savoir que l'instrument de mesure lui-même peut charger le circuit testé. Choisissez des sondes avec une impédance d'entrée élevée pour minimiser cet effet.
        3. Considérations sur le signal :
        • Amplitude du signal : Assurez-vous que l'amplitude du signal se situe dans la plage acceptable pour l'instrument de mesure. Un signal trop faible peut être difficile à mesurer avec précision, tandis qu'un signal trop élevé peut surcharger l'entrée.
        • Forme du signal : Soyez attentif à la forme du signal (sinusoïdale, carrée, impulsionnelle, etc.). Certains compteurs de fréquence fonctionnent mieux avec des formes d'onde spécifiques. Des signaux déformés ou bruyants peuvent entraîner des lectures inexactes.
        • Réduction du bruit : Si le signal est bruyant, utilisez des techniques de filtrage pour réduire le bruit avant de mesurer la fréquence.
        • Stabilité : Assurez-vous que la fréquence du signal est stable pendant la mesure. Les fluctuations de la fréquence peuvent rendre difficile l'obtention d'une lecture précise.
        4. Étalonnage et maintenance :
        • Étalonnage régulier : Étalonnez régulièrement votre équipement de mesure pour en garantir la précision.
        • Auto-étalonnage : De nombreux instruments modernes sont dotés de routines d'auto-étalonnage intégrées. Utilisez-les régulièrement.
        • Temps d'échauffement : Laissez un temps de chauffe suffisant pour que l'instrument de mesure se stabilise avant de prendre des mesures.
        • L'environnement : Évitez les températures extrêmes, l'humidité et les vibrations, car elles peuvent affecter la précision des mesures.
        5. Techniques de mesure :
        • Temps de passage : Pour les compteurs de fréquence, choisissez un temps de porte approprié. Les temps de porte plus longs offrent une meilleure résolution mais prennent plus de temps. Les temps de porte plus courts sont utiles pour les fréquences qui changent rapidement.
        • Calcul de la moyenne : Utiliser des techniques de calcul de moyenne pour réduire les effets du bruit et de la gigue.
        • Déclenchement : Si vous utilisez un oscilloscope, réglez correctement le niveau de déclenchement et la pente pour garantir des mesures stables et précises.

        6Ressources pour un apprentissage plus approfondi

        Tutoriels en ligne :

        • Tutoriels d'électronique : Des sites web tels que Electronics Tutorials (par exemple, electronics-tutorials.ws) offrent des explications de base sur les concepts de mesure de la fréquence.
        • Tout sur les circuits : All About Circuits (allaboutcircuits.com) propose des articles et des forums où vous trouverez des informations sur les équipements de test et les techniques de mesure.
        • YouTube : Recherchez sur YouTube "tutoriel de mesure de fréquence" ou "tutoriel d'oscilloscope" pour obtenir des démonstrations vidéo.

        Notes d'application :

        • Fabricants d'équipements de test : Consultez les sites web des fabricants d'équipements d'essai tels que Tektronix, Keysight (anciennement Agilent), Fluke et Rigol. Ils proposent souvent des notes d'application sur des techniques de mesure et des équipements spécifiques.
        • Fabricants de composants : Les fabricants de composants comme Analog Devices et Texas Instruments fournissent souvent des notes d'application sur l'utilisation de leurs composants dans les circuits liés aux fréquences.

        Livres :

        • "L'art de l'électronique" par Horowitz et Hill : Un texte classique sur l'électronique avec des informations détaillées sur les techniques de mesure.
        • "Instrumentation électronique et techniques de mesure" par W.D. Cooper et A.D. Helfrick : Un manuel couvrant diverses techniques de mesure électronique.

        Organisations :

        • IEEE (Institut des ingénieurs électriciens et électroniciens) : L'IEEE publie des revues et des actes de conférence sur l'instrumentation et la mesure.

        En suivant ces conseils et en utilisant les ressources proposées, vous pouvez améliorer la précision de vos mesures de fréquence et approfondir votre compréhension des principes sous-jacents. N'oubliez pas que la pratique est essentielle ! Plus vous travaillerez avec des équipements de mesure de fréquence, plus vous deviendrez compétent.

        5.Conclusion

        Fréquence est le nombre de cycles d'un événement répétitif par unité de temps, généralement mesuré en Hertz (Hz), c'est-à-dire en cycles par seconde.

        Longueur d'onde est la distance entre deux points consécutifs d'une onde qui sont dans la même phase (par exemple, deux pics ou deux creux). La fréquence et la longueur d'onde sont inversement proportionnelles.

        Période est le temps nécessaire pour un cycle complet d'une onde. C'est l'inverse de la fréquence.

        Amplitude est le déplacement maximal d'une onde par rapport à sa position d'équilibre. Il représente la force ou l'intensité de l'onde.

        Phase décrit la position d'un point dans un cycle d'ondes par rapport à un point de référence. Elle permet de comprendre comment les ondes interagissent entre elles.

        Importance de la compréhension de la fréquence :

        • Essentiel pour l'analyse des circuits : La fréquence est un paramètre fondamental dans l'analyse et la conception des circuits électroniques. Elle affecte le comportement des composants tels que les condensateurs et les inductances.
        • Traitement du signal : La compréhension de la fréquence est cruciale pour le traitement des signaux, qui sont manipulés et analysés en fonction de leur contenu fréquentiel.
        • Systèmes de communication : La fréquence est l'épine dorsale des systèmes de communication, car les informations sont transmises à l'aide de signaux ayant des fréquences spécifiques.
        • Dépannage : L'analyse des fréquences des signaux permet d'identifier les composants défectueux et de diagnostiquer les problèmes dans les circuits électroniques.
        • Sélection des composants : Le choix des bons composants pour un circuit dépend souvent de leur comportement à des fréquences spécifiques.
        • Conception du système : La conception de systèmes électroniques, des amplificateurs audio aux émetteurs radio, nécessite une connaissance approfondie de la fréquence et de ses implications.

        La fréquence est la pierre angulaire de l'électronique. Elle intervient dans presque tous les domaines, de l'analyse des circuits de base aux systèmes de communication complexes. Une bonne maîtrise des concepts de fréquence est essentielle pour toute personne travaillant dans le domaine de l'électronique, car elle lui permet de concevoir, d'analyser, de dépanner et de comprendre le comportement des circuits et des systèmes électroniques.

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        N'hésitez pas à laisser vos commentaires si vous avez des questions ou des doutes sur ce qu'est la fréquence. Nous vous invitons également à visiter notre boutique en ligne ZOYI pour en savoir plus sur les outils de mesure de la fréquence.