(2) PRÉAMPLI DE POCHE
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(2) PRÉAMPLI DE POCHE
CONSEILS POUR LES CONCEPTEURS CONSEILS POUR LES CONCEPTEURS EN ASSOCIATION AVEC 180n P2 68p R4 2k2 R3 10k PRÉAMPLI DE POCHE 3 IC1A 1 R12 1M 4k7 3k3 220k 5 C10 100n IC1 4 C4 6n8 P3 27n R8 1k5 10k lin. C3 R10 R13 100R 7 IC1B R11 1k 0 8 R7 1k5 C7 68p 6 R9 C9 100n -9V C8 R6 R2 R1 IC1=NE5532 +9V lin. 15k 2 P1 10k log. 10k R5 2k2 1k Puissance en poche (2) à partir de quelle fréquence le réglage des aigus entre en jeu. C5 et C6 font en sorte que le contrôle de la tonalité soit plus réactif. Les composants R9 et C4 ont les mêmes fonctions que R6 et C7, mais pour les moyennes fréquences. C3 a la même fonction que C2 mais filtre les hautes fréquences bien plus tard ; avec C4, il détermine la plage de réglage des moyennes fréquences. Au final, les plages de contrôle des moyennes et hautes fréquences ne sont pas seulement déterminées par le rapport de P3 à R7 et R8 (par exemple), mais également par les autres composants du circuit de retour, raison pour laquelle les rapports de P3 et P4 à R7/R8 et R10/R11 sont plus élevés que ce que l’on attendrait des plages de contrôle effectives. Le réglage des graves présente aussi une bande passante assez large car nous supposons que vous utiliserez des petites enceintes ; si vous prévoyez d’employer des enceintes et un amplificateur plus puissants, vous obtiendrez probablement un meilleur son en augmentant la valeur de C2. La résistance de sortie R13 permet d’éviter les problèmes en cas de branchement d’une charge capacitive excessive. C2 C1 C5 27n 4n7 P4 10k C6 080278 - 11 27n lin. Figure 1. Le préamplificateur est assez simple pour un module de réglage du volume avec contrôle de la tonalité sur trois bandes. la tonalité. Le premier étage d’amplification (IC1a) est non inverseur et présente un gain de 4 fois comme suit : Alimentation rapport entre R5 et R4, tandis que les rapports P2 / R4 et P2 / R5 définissent respectivement la plage de contrôle minimale et maximale. Le gain maximum, par exemple, est : R3 / R2+1 L’alimentation est symétrique afin d’éviter d’avoir recours à de gros condensateurs de couplage, qui ont un effet négatif sur la qualité du son. L’inconvénient de ce choix est qu’il nécessite une tension d’alimentation négative. La solution la plus simple consiste donc en un circuit qui inverse la tension d’alimentation positive. (P2+R5) / R4 Réglage de la tonalité Le module de contrôle de la tonalité autorise une plage de réglage de ±12 dB pour les aigus 26 eTech - NUMÉRO 2 et les graves et de ±9 dB pour les moyennes fréquences (ce qui est plus que suffisant car nos oreilles y sont plus sensibles). Ces valeurs permettent au circuit de rester relativement simple. Si elles se révèlent trop faibles, il y a Le circuit Le réglage du volume (P1) est directement connecté à l’entrée du préamplificateur (voir figure 1), ce qui est le meilleur emplacement pour éviter de surcharger l’étage de contrôle de P2 contrôle les graves et C2 détermine la plage de fréquence contrôlée. En gros, C2 court-circuite tout simplement P2 dans les hautes fréquences. L’amplification est ensuite déterminée par le 100n 5 C10 C12 6 10u 63V 100n R4 V+ 8 1k TLC555 3 VOUT ICL7662CPA CAP- LV 3 TR OUT 10u 63V 4 TEST 1 1k THR IC1 IC2 GND 8 R 4 2 C2 C11 10u 63V 100p 8 10u 63V 4 ICL7662CPA CAP- 100n L2 C7 C8 4u7 63V 4u7 63V 9V 0 9V 1mH C6 7 1 OSC TEST 2 CAP+ IC3 C4 5 VOUT V+ • Disposition des connecteurs correspondant aux cartes associées 100n 6 DIS C3 GND • Compact 9V R2 R3 7 OSC 2 CAP+ 3 • Alimentation symétrique 9V C1 7 CV • Contrôle de la tonalité sur 3 bandes très probablement un problème au niveau des enceintes : une plage de réglage de 12 dB signifie en effet qu’en raison de la puissance relativement limitée de l’étage de sortie, vous courez le risque de le surcharger, en particulier dans les basses et moyennes fréquences. Après tout, une augmentation de 12 dB représente tout de même une multiplication par 16 de la puissance ! 10uH C9 C5 1 Principales caractéristiques L1 5 Dans le dernier numéro de ce magazine, nous vous avions présenté un petit amplificateur PWM. Pratique, si ce n’est qu’il lui manquait le contrôle du volume et de la tonalité. Étant donné qu’à l’heure actuelle, la plupart des gens possèdent au moins un système audio surround équipé d’un égaliseur, nous allons cette fois-ci réaliser un préampli doté d’un contrôle de la tonalité sur 3 bandes plutôt que via le traditionnel réglage des graves et des aigus. Suite en page 28 > R1 100k Il est parfaitement possible d’employer l’amplificateur PWM présenté dans le dernier numéro d’eTech seul, mais un préamplificateur avec alimentation viendrait à point pour lui donner un peu plus de punch. Raison pour laquelle le mini-projet de ce numéro est... un préampli de poche. et équivaut à environ 5,5 fois (15 dB c.c.). R6 est nécessaire pour permettre le réglage des autres fréquences avec P3 et P4. C7 détermine avant tout 100k Ton Giesberts (laboratoires Elektor) Avec une tension d’alimentation de ±9 V, il est possible de traiter un signal supérieur à 1 V (c’est-àdire un peu plus de 1,2 Veff) sans distorsion lorsque les réglages de tonalité sont en position centrale. Évidemment, lorsque les graves ou les aigus sont réglés au maximum, le signal maximal autorisé en entrée est nettement plus faible : on se situe alors à 300 mV seulement (pour les fréquences applicables, bien entendu) et à ce niveau, la sortie du contrôle de tonalité est pratiquement en surcharge (et elle surchargera l’ampli, donc attention !). Le fonctionnement du contrôleur de tonalité n’est pas du tout difficile à comprendre. Ce qui entoure le composant IC1b est un amplificateur inverseur avec trois circuits de retour branchés en parallèle pour le réglage de la tonalité. La résistance R12 empêche le signal de sortie de retourner dans la ligne d’alimentation au cas où le curseur du P2 effectuerait un rebond (soit dit en passant, R1 fonctionne de la même manière pour le contrôle du volume P1). C8 et C1 éliminent les interférences RF (hautes fréquences). LV 100n 6 080278 - 12 Figure 2. Un convertisseur de tension est utilisé pour transformer la tension d’alimentation simple en alimentation symétrique. eTech - NUMÉRO 2 27 CONSEILS POUR LES CONCEPTEURS < Suite de la page 27 Pour ce faire, nous avons opté pour un convertisseur c.c./c.c. Maxim ICL7662 (voir figure 2). Ce circuit imprimé sert de pompe de charge et peut supporter des tensions jusqu’à 20 V. Il est compatible broche à broche et fonctionnellement avec le modèle ICL7660, plus courant, qui supporte jusqu’à 10 V (ou 12 V pour la version A) et pourrait être utilisé ici sans problème. Le principal avantage de l’ICL7662 est sa simplicité : il ne nécessite que deux condensateurs externes. Il a toutefois le léger inconvénient de ne pas réguler la tension de sortie. La tension de sortie hors charge est égale à la tension d’entrée, mais négative. Cependant elle décroît lorsque le courant de sortie augmente. Pour accroître la stabilité de la tension de sortie, nous avons branché deux CI en parallèle. Si vous chargez un seul CI alimenté en 9 V avec une résistance de 100 Ω, la tension de sortie chute à environ -4,6 V ; avec deux CI en parallèle, elle tombe à -6,3 V seulement. Avec le préamplificateur comme charge, elle ne chute que de 0,35 V (sachant que le NE5532 consomme environ 7,5 mA). Il serait possible d’utiliser d’autres amplificateurs opérationnels présentant une consommation inférieure, mais ils sont bien souvent de moindre qualité : le NE5532 est excellent pour les applications audio. Dans notre prototype, nous avions initialement branché quatre CI en parallèle, mais qu’ils soient trois ou quatre ne nous apportait pas grandchose. Nous avions par contre remarqué un effet étrange : le fonctionnement asynchrone des oscillateurs internes faisait varier lentement l’ondulation de la sortie entre deux valeurs. Sachant que la fréquence de cette ondulation était de 10 kHz, elle risquait de devenir audible. Nous avons donc couplé les CI à une horloge externe fournie par un CI 555 dont la fréquence est réglée sur 40 kHz, afin que l’ondulation atteigne les 20 kHz et soit donc hors des fréquences audibles. L’un des avantages de cette solution réside dans le fait que l’inductance du filtre de sortie peut être bien plus petite et donc entraîner une perte de résistance bien moindre. L’inductance mise en L2 présente une résistance série nominale de 12 Ω. L1 et L2 sont des inductances antiparasites axiales standard, que nous avons placées à la verticale (tout comme les quatre résistances du circuit) afin de gagner de la place. Nous ne nous attarderons pas sur le circuit qui entoure le 555 : il s’agit d’une configuration astable standard. IC1 envoie le signal d’entrée de l’horloge aux deux convertisseurs, via une résistance de 1 kΩ chacun afin d’éviter tout 28 eTech - NUMÉRO 2 CONSEILS POUR LES CONCEPTEURS Liste des composants Liste des composants Carte de préamplification Carte d’alimentation problème lors de la mise sous tension (risque de déclenchement parasite). Le filtre de sortie L2/ C10/C12 permet d’éliminer presque entièrement l’ondulation des condensateurs C7 et C8, qui sont branchés en parallèle afin de réduire la résistance série : à l’oscilloscope, on ne voit plus qu’une faible trace de la fréquence de commutation de l’amplificateur de puissance. Résultats des tests Les résultats les plus intéressants du test de ce contrôleur de tonalité sont bien sûr les courbes de réponse en fréquence individuelles des réglages de tonalité. La figure 3 illustre les positions maximum, minimum et neutre (les positions des réglages des graves et des aigus restent inchangées). En position neutre, l’on d’utiliser un adaptateur secteur. Nous n’avons pas testé les réglages de la tonalité à l’aide de potentiomètres, mais avec des commutateurs rotatifs et des résistances. Nous nous intéressions en effet surtout aux performances en position neutre ainsi qu’aux limites inférieure et supérieure. Nous avons donc réduit chaque potentiomètre à deux résistances et un commutateur rotatif. La tolérance des potentiomètres est généralement assez élevée (bien souvent aux alentours de ±20 %), ce qui a inévitablement un effet sur les plages de fréquences et les gains maximum et minimum. Avec plusieurs canaux, les différents écarts peuvent entraîner des différences audibles. Si vous avez la possibilité de vérifier si les différents canaux des potentiomètres stéréo +15 d’alimentation. À côté de ces dernières, nous avons également disposé les connexions du bouton d’alimentation (S1), lequel ne sert qu’à l’amplificateur. Il est en effet préférable d’insérer un commutateur en série avec l’entrée de la carte d’alimentation, ce qui permet ainsi de courtcircuiter la connexion de S1. Nous avons délibérément omis de prévoir des trous de fixation sur les trois cartes afin de gagner en compacité. Si vous souhaitez monter l’ensemble de manière fiable, le plus simple est probablement d’opter pour une paire de supports latéraux en plastique avec des fentes, qui permettront de disposer les cartes les unes au-dessus des autres. Nous vous conseillons de placer la carte d’alimentation en bas, le réglage de la tonalité au milieu et l’amplificateur de puissance en haut. (080278-1) +12 +10 Kits employés +8 Comme indiqué dans la liste des composants, vous pouvez commander des cartes à circuits imprimés vierges sur www.thepcbshop.com. +6 Résistances R1 = 220 kΩ (Code commande : 159-004) R2 = 3,3 kΩ (157-480) R3 = 10 kΩ (150-928) R4,R5 = 2,2 kΩ (151-088) R6 = 15 kΩ (151-145) R7,R8 = 1,5 kΩ (151-094) R9 = 4,7 kΩ (151-000) R10,R11 = 1 kΩ (157-446) R12 = 1 MΩ (151-123) R13 = 100 Ω (157-610) P1 = potentiomètre 10 kΩ, logarithmique (361-7033) P2,P3,P4 = potentiomètre 10 kΩ, linéaire (361-7033) Résistances R1,R2 = 100 kΩ (Code commande : 151-303) R3,R4 = 1 kΩ (157-446) Condensateurs (entraxe des broches 5 mm / 0,2”) C1,C8 = 68 pF céramique (653-0030) C2 = 180 nF polyester / MKT (334-209) C3 = 4,7 nF polyester / MKT (312-1661A) C4,C5,C6 = 27 nF polyester / MKT (312-1447) C7 = 6,8 nF polyester / MKT (622-4145) C9,C10 = 100 nF polyester / MKT (463-1765) Inductances L1 = axiale 10 μH (montage vertical) (1910481) L2 = axiale 1 mH (montage vertical) (1910712) Semiconducteurs Divers IC1 = NE5532 (DIP-8) (810-188) CI n° 080279-1 (www.thepcbshop.com) Divers CI n° 080278-1 (www.thepcbshop.com) Condensateurs C1,C5,C6,C11,C12 = 100 nF céramique, entraxe broches 5 mm (0,2”) (652-9995) C2 = 100 pF, entraxe des broches 5 mm (0,2”) (405-7662) C3,C4,C9,C10 = 10 μF 63V radial électrolytique, entraxe des broches 2,5 mm (0,1”) (521-3504) C7,C8 = 4,7 μF 63 V radial électrolytique, entraxe des broches 5 mm (0,2”) (520-1040) Semiconducteurs IC1 = TLC555 (DIP-8) (638-942) IC2,IC3 = ICL7662CPA+ (DIP-8) (CI Maxim) (207-0118) +4 d +2 B r +0 A -3 -5 -7 -9 -11 -13 -15 20 50 100 200 500 1k Hz 2k 5k 10k 20k 080278 - 13 Figure 3. Les courbes montrent les effets des différents réglages maximum du contrôle de la tonalité. note une légère atténuation d’un peu moins d’un décibel à 20 kHz, principalement causée par les condensateurs antiparasites RF C1 et C8. À 20 Hz, la variation du gain est de ±14 dB (±12 dB à 40 Hz) ; elle est d’environ ±12 dB à 20 kHz. correspondent, nous vous recommandons vivement de le faire. Avec plusieurs canaux, vous pouvez éventuellement utiliser des commutateurs rotatifs avec plusieurs pôles, mais cette solution est onéreuse. La distorsion est inférieure à 0,005 % avec un signal d’entrée de 0,5 V (1 kHz, bande passante de 22 kHz, volume réglé au maximum, réglages de tonalité en position neutre). La consommation de l’ensemble du circuit est de 56 mA à 9 V, soit 12 mA de plus que l’amplificateur PWM seul. Avec un haut-parleur à 8 Ω et l’amplificateur en légère surcharge, la consommation monte à 162 mA maximum, ce qui est vraiment trop pour une batterie 9 V. Si vous avez plusieurs canaux, nous vous recommandons par conséquent Construction des trois cartes Dans la mesure du possible, nous avons disposé les connecteurs de chacune des trois cartes de la même manière. La sortie du préamplificateur se trouve dans le même coin que son entrée, les connecteurs d’alimentation sont au même endroit que les sorties d’alimentation de la carte d’alimentation et l’entrée 9 V de la carte d’alimentation est directement mise en boucle sur les deux connecteurs de l’amplificateur, dont la position correspond à celle des connexions eTech - NUMÉRO 2 29