close
subdirectory_arrow_left subdirectory_arrow_left Construction de Micros, Amplis & Préamplis
Matériel Construction de Micros, Amplis & Préamplis Rechercher une marquekeyboard_arrow_down
  • settings_backup_restore

Conception pédagogique d'un petit préampli micro pour pas cher du tout du tout !! - forum Construction de Micros, Amplis & Préamplis

Salut tout le monde !!

 
Je m'aperçois qu'il y a dans les participants et lecteurs de ce forum des gens d'un niveau électronique très variable ! Et c'est tant mieux car on y apprend beaucoup de choses de cette façon !
Moi même il y a quelques années je n'y connaissais quasiment rien. Et j'ai bcp appris en particulier ici.
Alors en discutant avec Babaorum d'un projet peu coûteux qui pourrait l'aider à comprendre quelques fondamentaux d'électronique, j'ai eu l'idée de créer ce sujet autour de la conception d'un petit preampli micro sans grande prétention, mais conçu et expliqué de A à Z.
 
L'idée pour l'instant est de partir sur un montage à base d'amplificateur opérationnel. Ceux ci sont peu coûteux, de mise en œuvre aisée, et donnent s'ils sont correctement mise en œuvre des très bons résultats.
Les points qui seront abordées seront :
- les bases de l'aop (inverseur, non inverseur, différentiel)
- conception d'une petite alimentation symétrique pour alimenter le preampli (redressement, filtrage, régulation).
- des notions sur le gain et l'échelle logarithmique)
- des notions sur l'impédance d'entrée et de sortie, la charge, etc...
- dessin d'une topologie pour le preampli.
- application : conception du schéma.
- mise en œuvre pratique (gestion des masses, montage des composants sur une carte et implantation dans un boîtier.)
 
 
Il ne s'agit pas de donner un Nieme circuit de preampli basique dont le web regorge... Ne cherchez pas non plus un cours complet sur l'aop, l'impédance, .... Il s'agit pour un débutant de comprendre comment on passe de l'idée à la réalisation, en abordant des notions de bases...... Accessoirement de réaliser un petit montage sympa, et puis surtout d'avoir envie de creuser tout ça et d'aller chercher de l'information plus complète ou détaillée !
 
A suivre !!!

1. Le monde de l'amplificateur opérationnel.

 
 
Un amplificateur opérationnel, AOP pour aller plus vite..., est un composant qui regroupe en lui même un complexe circuit électronique à base de transistors, condensateurs et résistances. On utilise beaucoup de nos jours des aop sous forme de circuits intégrés, c'est à dire que l'ensemble du circuit électronique est intégré dans une petite puce. Cela réduit l'encombrement, le coût de fabrication, il y a donc beaucoup d'avantage pour l'industrie ! En audio haut de gamme on aime parfois utiliser des AOP "discrets" c'est la même chose, sauf que dans ce cas tous les composants qui constituent l'aop sont des composants tout à fait normaux et montés individuellement un par un.
Ampli OP intégré :
Ampli OP discret :
 
Voilà pour la forme extérieure.
 
 
Un AOP réalise des opérations mathématiques, comme l'addition, soustraction, multiplication, intégrale, comparaison, valeur absolue, etc... en représentant les nombres par une tension électrique. Pour cela on utilise 2 entrées et une sortie. A la base un AOP est un amplificateur dit "différentiel", c'est à dire que la sortie va représenter la différence de potentiel présent entre les 2 entrées. Une entrée est notée + ("non inverseuse") et l'autre entrée est notée - ("inverseuse"). En combinant différemment les entrées et sortie, avec éventuellement une contre réaction (c'est à dire un retour de la sortie vers une des entrées) on peut réaliser toute sorte d'opération mathématique.
 
Représentation de l'AOP :

 
Pour les montages audio, on va utiliser un nombre assez limité d'opération : 
- la multiplication du signal entrant par un coefficient donné servira à réaliser une AMPLIFICATION, c'est à dire un ajout de GAIN au signal entrant.
- l'addition de plusieurs signaux servira à MIXER plusieurs sources audio.
- la soustraction entre le point chaud et le point froid d'une liaison symétrique réalisera par exemple une déssymétrisation !
 
Ca paraît simple comme ça... mais il y a quand même pas mal de chose à savoir pour que tout fonctionne au poil !!
 
AMPLIFICATION : pour amplifier, un AOP peut être câblé principalement de 2 façons différentes :
 
* AOP monté en inverseur :


le signal entre sur l'entrée inverseuse, pas étonnant que l'ampli "inverse" la polarité du signal à sa sortie ! Les résistances R1 et R2 vont définir le gain, ou l'amplification apportée.
La tension de sortie Vs s'écrit : Vs = - Ve (R2/R1).
Le signe - indique l'inversion. 
 
Par exemple si un signal entrant est à Ve = 0,5V, que R1 = 1K et R2 = 10K, la sortie Vs = - 0,5 x (10000/1000) = - 5V. On a multiplié par 10 la tension et inversé la polarité ! Facile ;)
 
 
* AOP monté en non inverseur :


L'entrée se fait maintenant sur l'entrée non inverseuse (+) donc pas d'inversion de polarité. Encore une fois les résistances R1 et R2 définissent le facteur d'amplification, mais maintenant selon la formule :
Vs = Ve . (1+R1/R2)
 
Par exemple avec les mêmes valeurs qu'au dessus on obtient : Vs = 0,5 x (1 + 1000/10000) = 0,5 x 1,1 = 0,55V
On a pas beaucoup amplifié cette fois !!! Si on intervertit R1 et R2 voyons ce qui se passe :
Vs = 0,5 x (1 + 10000/1000) = 0,5 x 11 = 5,5V. Facteur d'amplification = 11 !!
 
 
Un micro (c'est bien le sujet de ce petit article.....) fournit quant à lui un signal symétrique. Regardons comment désymétriser cette liaison avec un AOP. On va utiliser pour cela une configuration appelée "amplificateur différentiel" ou "soustracteur" : 

En calibrant les résistances les unes par rapport aux autres on peut même avoir une amplification en même temps, selon la formule :
Vs = (V2 - V1) . R2/R1
Si R1 = R2 alors la sortie est simplement la différence entre les 2 entrées, il n'y a pas d'amplification, on parle de gain unitaire !
 
Voici donc, en simplifié, une petite présentation de l'AOP orienté audio. 
Le prochain chapitre traitera de l'alimentation de l'AOP. C'est une question cruciale pour tout montage audio.
 
A suivre !!!
 
Pour de plus ample information, je vous recommande chaudement la lecture du site de notre ami chimimic https://www.sonelec-musique.com/ une mine d'or pour l'apprenti sorcier électronicien !!!
 
 
 
Non mais sans dec !!! C est le 1 er 2014 à 0h30 !!! T es incroyable !! Très bonne offenbach et ne change jamais t es énorme
Très bonne année je voulais dire (saloperie d iphone):bravo:
2. L'alimentation en courant continue.

Tout montage audio actif nécessite une alimentation. L'alimentation est la source d'énergie dans laquelle les circuits actifs (les AOP par exemple....) vont venir puiser pour amplifier ou traiter un signal. On sous-estime souvent l'alimentation en considérant qu'il s'agit d'une partie annexe.... En réalité il faut considérer que la plupart du temps un amplificateur va moduler une tension continue en fonction du faible signal d'entrée. En gros on va multiplier le signal entrant par une valeur fixe qui est la tension d'alimentation. Hors si cette dernière n'est pas parfaitement stable et indépendante des possible appels de courant instantanés (comme lors d'une crête dans le signal entrant), le facteur d'amplification un peu va varier et la sortie ne sera pas une fidèle image amplifiée de l'entrée, mais un signal soit compressé, écrêté, distordu, etc.... Bref l'alimentation est le sang qui coule dans les veines d'un amplificateur !!!

A. Alimentation symétrique, alimentation simple.... Kezako ???

Fondamentalement il n'y a pas de réelle différence entre une alimentation simple et symétrique. En fait c'est juste un point de vue différent sur les choses..... Une tension est une différence de potentiel entre 2 points.

Dans une alimentation simple on a un point à un potentiel U par rapport à la masse, elle par définition étant le 0V. Dans une alimentation symétrique on a un point à un potentiel U par rapport à la masse (0V), ainsi qu'un autre point à un potentiel -U (par rapport à la masse).

Un petit exemple :
alim simple de 30V : 0V +30V
alim symétrique de +-15V : -15V 0 +15V

On a simplement ajouter une référence de masse au milieu pour créer l'alim symétrique. La plupart des AOP ne nécessite pas de référence à la masse pour être alimenté : je veux dire par là que l'AOP a généralement besoin d'être relié aux 2 potentiels extrêmes. Le signal entrant lui va osciller autour d'une valeur moyenne qui idéalement sera situé pile au milieu des 2 points extrêmes, donc autour du 0V. L'AOP aura ainsi "indirectement" une référence à la masse, au 0V, mais pas par son alimentation.
Donc alimenter un AOP est relativement aisé. En revanche si on l'alimente avec une alimentation simple il faudra re-créer une masse "virtuelle" à la 1/2 tension d'alimentation pour "référencer" le signal entrant et sortant. Cela revient strictement au même que d'alimenter tout le circuit par une alimentation symétrique, mais c'est plus contraignant dans la conception du circuit, car on a "2 masses" sur un même schéma : une masse 0V de l'alimentation, et une masse "virtuelle" pour référencer le signal. On a vite fait de se faire des noeuds avec ça !!!

L'utilisation d'une alimentation symétrique (en gros on définit la masse au centre du potentiel total d'alimentation et non pas au potentiel le plus bas comme sur une alim simple) est donc beaucoup plus naturelle pour un circuit audio à base d'AOP.


B. L'alimentation de l'AOP

On peut très bien relier les 2 bornes d'alimentation de l'AOP aux potentiels +U et -U de l'alimentation et se contenter de ça. L'AOP fonctionnera. Mais dans le cas réel c'est quand même un peu léger !

En effet le courant électrique circule dans un conducteur qui résiste légèrement (s'oppose) à son déplacement. Selon les matériaux utilisés, la section, etc... un conducteur (même une piste de cuivre sur un circuit imprimé...) possède une petite résistance intrinsèque. En conséquence (Loi d'Ohm : U= R.I) toute variation de courant dans le conducteur "résistif" engendrera une variation de tension entre les extrémités du conducteur. Ainsi si d'un coup notre AOP a besoin de beaucoup de courant, sa tension d'alimentation risque de chuter légèrement. Comme expliqué plus haut cela peut conduire à détériorer les performances du circuit !!!
D'autre part si plusieurs AOP sont alimentés par la même source d'alimentation un appel de courant local peut se répercuter sur les AOP voisins, et créer ainsi de la diaphonie (le signal qui transite dans un AOP se retrouve sur un autre, très faible, en fond... mais c'est un réel problème !). Il faut donc être attentif à faire en sorte qu'à chaque point où l'alimentation est distribuée elle soit la plus indépendante possible des autres points.

Les condensateurs vont être la solution la plus simple à ce problème. En effet un condensateur lorsqu'on lui applique un potentiel à ses bornes se charge. Un condensateur ainsi chargé devient une source de tension qui va bien sûr s'épuiser avec le temps, en fonction ET de la capacité du condensateur ET de la charge du circuit qu'il alimente (en gros la résistance R équivalente du montage).
Pour qu'il soit déchargé à 37% il faut un temps (en seconde) égal à t=RxC (R en ohms et C en farad).

Bref si le condensateur est correctement dimensionné, il peut être à même de fournir localement l'énergie nécessaire en cas de faiblesse momentanée du rail principal d'alimentation. Pour faire cela le condensateur sera relié en général entre la masse et le point d'alimentation.

Il faudra donc 2 condensateurs : entre la masse et la borne d'alim positive de l'AOP, et entre la masse et la borne d'alim négative de l'AOP.

On peut tout à fait n'utiliser qu'un seul condensateur, dans ce cas on ne le branche pas à la masse, mais on le connecte entre la broche d'alim + et d'alim -. Selon certains cette dernière façon serait même meilleure... ! Vous n'avez plus qu'à expérimenter pour vous faire votre idée !!!

En général une valeur de 100uF est largement suffisante. Selon la consommation du circuit à alimenter il faudra ajuster la valeur. On pourra ainsi trouver du 220uF pour un ampli discret comme le API2520. A contrario pour un petit AOP intégré qui travaillera à faible régime un 47uF sera encore très largement suffisant.

D'autre part on trouve souvent un petit condensateur d'un valeur beaucoup plus faible en parallèle avec le condensateur principal de filtrage, de l'ordre de 100nF en général (=0,1uF). Ce condensateur sert à améliorer le filtrage pour les variation rapide (on parle de régime "impulsionnel" !!).

Un petit exemple pour l'alimentation d'un AOP :
http://electrosuite.…-ElectroSuite.gif[/url]</a>

ici C9 et C10 servent à filtrer l'alimentation de l'AOP nommé IC1B (noter que IC1 A et B n'est qu'un seul circuit intégré qui contient dans un seul boitier 2 AOP, il n'y a donc qu'une seule alim pour les 2 AOP !!)


Si on est "puriste" et qu'on veut vraiment isoler par exemple 2 ou 4 ou 8 tranches de préamp dans un même rack, on va même aller jusqu'à réguler l'alimentation pour chaque tranche. La régulation est un procédé qui maintient en sortie une tension fixe, quelque soit le courant (dans une certaine limite...) consommé par le récepteur, et quelque soit la tension d'alimentation. Un modèle très répandu est le LM317. Avec 2 résistances on définit la valeur de sortie souhaitée. On trouve cette technique de régulation sur chaque carte dans certaine conception haut de gamme. Par exemple là : http://www.soundskul…m/fr/mp73_fr.html

Evidement si on veut mettre cette technique en pratique le coût du montage augmente un peu... ! C'est quelque chose qui peut entrer en compte dans la conception d'un circuit !




C. Design d'une alim secteur pour notre petit préampli....

Au départ notre source d'énergie est le secteur, la prise de courant quoi !! 230V alternatif 50Hz.
Je ne prétend pas être exhaustif ici sur la conception complète d'une alimentation. Encore une fois il y a beaucoup de documentation sur internet. On va simplement ici passer en revu les composants généraux d'une alim.

1. le transformateur. Celui-ci va abaisser la tension du secteur 230VAC en par exemple 15VAC. En même temps il va créer une isolation galvanique entre le secteur et notre montage (comprendre par là qu'il n'y pas pas de contact électrique entre le secteur et le montage). C'est important pour la sécurité !
2. Pont de diode : avec 4 diodes disposés correctement on peut faire en sorte de redresser les occurrences négatives en positive. On parle de redressement.
3. Condensateur de filtrage principal. Comme expliqué plus haut, le condensateur a la capacité d'emmagasiner de l'énergie électrique et la restituer ensuite. Il va donc lisser les ondulations de la tension encore très variable qui sort du pont de diode. 4. Régulation : avec un LM317 par exemple on va réguler la tension afin que toute variation soit annulée. La tension est prête à être distribuée
https://www.circuitstoday.com/wp-content/uploads/2011/04/LM317-typical-adjustable-regulator-ckt.png



C. En pratique, comment on fait ?? plusieurs solutions.....

- consulter l'excellent site https://www.sonelec-…que.com/index.htm de chimimic qui regorge d'infos très détaillés et de schéma d'alimentation.

- acheter un petit kit comme celui-ci par exemple http://www.stquentin…mp;id=0&act=0 pour 10€ on a quelque chose de parfait pour alimenter toute sorte de montage. Il faut y adjoindre un transfo avec double sortie, par exemple (à choisir selon la tension voulue, souvent 15V pour les AOP intégrés classiques) :
http://www.stquentin…;ar_cat=2&v=1

Evidement un transfo torique est un petit investissement, mais il rayonne beaucoup moins qu'un étrier, ce qui est largement préférable pour un montage de qualité. Mais un transfo à étrier qui sort 2x15V fonctionnera aussi parfaitement, si on l'éloigne suffisamment de la partie d'amplification ! Pour le choix du transfo c'est par là : https://www.sonelec-…orie_transfo.html


et pour la câblage : https://www.sonelec-…fos_cablages.html

A suivre ;)

Citation de : trashfield

Très bonne année je voulais dire (saloperie d iphone):bravo:

 Merci !!! bonne année à tous  mrgreen

3. Gain et logarithme...

 

 

Dès qu'on commence à parler des logarithmes on se dit que ça va devenir compliqué à suivre...... Encore une fois point de traité théorique complet ici, juste quelques pistes pour l'initiation !
Nous avons abordé tout à l'heure la notion de "facteur d'amplification" de "gain" etc.... sans trop la développer...
Nous allons un peu détailler tout cela !
 
 
A. Ne pas confondre un gain et une atténuation.
 
Ca paraît trivial, mais autant il peut y avoir un gain <1 qui va diminuer la valeur d'un signal, autant on peut de façon passive (sans circuit actif !) abaisser la valeur électrique d'un signal (fader ou potentiomètre). Ces 2 façons de faire sont très différentes électriquement parlant. Lorsqu'un AOP va amplifier ou diminuer un signal, on parlera de GAIN, lorsqu'un fader ou potentiomètre câblé en diviseur de tension abaissera la valeur d'un signal on parlera d'ATTENUATION.
 
Sur un schéma électronique cette différentiation paraît assez naturelle, mais quand on a un façade de préamp entre les mains, tourner un boutons pour régler le gain ou pour régler l'atténuation d'un signal n'est PAS DU TOUT équivalent.
 
Il faudra faire les bons choix lors du dessin de la topologie du circuit général afin d'optimiser le rapport signal/bruit de la machine !
 
 
 
B. Gain et dB....
 
Dans les formules données plus haut sur le gain de l'AOP, on exprimait en général la tension de sortie en fonction de la tension d'entrée multipliée par un coefficient qu'on va appeler A. Ce coefficient Aest le facteur d'amplification.
Par exemple si Vs = 10 x Ve la sortie vaut 10 fois l'entrée, A = 10. Mais cette valeur en décibel ???
Sans rentrer dans le pourquoi du comment, on retiendra la formule très usuelle :
GAIN(dB) = 20 LOG (A).
exemple :
x2 => +6dB
x4 => +12dB
x8 => +18dB
x16 => +24dB
x100 => +40dB
x1000 => +60dB
Si on veut par exemple un étage à gain fixe de +12dB, il faudra un coefficient d'amplification de 4 :
Vs = 4 x Ve

Attention à ne pas confondre le gain exprimé en "facteur" et le gain exprimé en dB, surtout dans le cas d'un montage inverseur !!!

Quand le coefficient est <1, par exemple 0,5, la tension de sortie sera la moitié de l'entrée, le gain en dB s'exprimera -6dB (la formule avec les log donne bien -6 comme résultat). Mais il faut bien comprendre que le signe "-" dans la valeur en dB n'a pas le même sens que le "-" qu'on trouve dans la formule de l'ampli inverseur donné plus haut. En effet :

-6dB signifie une perte de niveau de 6dB

A = -0,5 signifie que la polarité (=phase) du signal sera inversée entre entrée et sortie.

La notation en dB est une "valeur absolue" du gain, et ne permet pas de savoir si la polarité sera conservée ou inversée.

 

4. Topologie du preampli micro

 

Nous commençons à avoir suffisament d'éléments pour commencer l'ébauche dun design.....

 

Notre préampli aura basiquement les spécifications suivantes :

- entrée micro symétrique

- alimentation Phantom +48V (OPTION)

- réglage du gain (disons à la louche entre +20 et +60dB, cela sera parfait pour la plupart des micros dynamiques et statique).

- sortie ligne symétrique

 

Pour le 48V (Phantom) je n'en n'ai pas fait allusion dans le chapitre d'alimentation...oups !! mais pas de panique. La solution la plus simple dans notre cas est d'utiliser un petit montage de notre ami chimimic :

 

https://www.sonelec-…multiple_002.html

 

Si on utilise le Kit indiqué plus haut pour alimenter le preamp, en prenant un transfo 2X18, on pourra adjoindre la partie basse du schéma ponté sur le KIT de base.

On peut aussi simplement utiliser un autre transfo (par exemple 2x24V ou même 2x22V suffira) et un petit circuit de filtrage et régulation...

 

 

 

 

Revenons à notre preampli !!

 

1. désymétrisation.

Nous allons utiliser un AOP câblé en différentiel. Peut être aurons-nous besoin que celui-apporte déjà une partie du gain de notre preampli ?

 

2. Gain variable.

Plusieurs possibilités. Par exemple un AOP en non inverseur, avec une des résistances remplacée par un potentiomètre pour régler la valeur du gain !

on peut aussi régler par construction le gain de l'AOP et utiliser un potentiomètre cablé en diviseur de tension (type fader) pour atténuer le signal avant ou après cet étage d'amplification.

 

Ca nous fait déjà 3 possibilités d'apport de gain. Laquelle choisir ? Laquelle sera la plus respectueuse du signal ?

Si nous plaçons un atténuateur avant l'étage de gain fixe on risque de remonter fortement le niveau de bruit.... Donc mauvaise idée !!

Donc soit :

- (A) Amplification à gain fixe puis atténuateur

- (B) Amplification à gain variable.

 

La solution (A) paraît séduisante pour le problème du bruit puisque l'atténuateur atténuera aussi le bruit généré par le gain de l'ampli... En revanche si un signal trop fort entre dans le preampli, comme le gain est fixe, on risque vite de saturer l'étage de gain.... et l'atténuateur ne pourra rien faire qu'atténuer un signal saturé !!!

 

Donc la solution la plus simple pour nous (low budget oblige ;) ) c'est la solution (B).

 

3. Sortie ligne symétrique.

En gros on va envoyer la sortie amplifiée sur le point chaud du jack, et un "miroir" (polarité ou phase inversée) sur le point froid.

Pour ce faire on va utiliser 2 AOP en inverseur l'un à la suite de l'autre.

 

par exemple de cette façon là :

 

C'est ainsi par exemple qu'est symétrisée la sortie du compresseur de bus SSL ! Ca fonctionne très bien et pour pas cher !!

 

 

 

 

 

 

 

5. Quelques considérations pratiques.

 

On pourrait croire que finalement designer une machine est comme un jeu de LEGO où on va mettre tel bout de montage puis tel bout, etc... Il y a un peu de ça, c'est vrai, mais le fonctionnement d'un étage peut parfois dépendre des étages qui sont avant ou après....

 

La sortie d'un micro professionnel est généralement à faible impédance : dans les 150/200 ohms. Pour que la connexion avec l'entrée du preampli se passe bien il faut que cette entrée soit d'une impédance au moins 10X plus élevée, 2K minimum donc. Sinon risque de forte dégradation du signal....

Il faudra bien designer le circuit d'entrée pour que cette condition soit respectée !!

 

Pour la sortie ligne à 600 ohms, on pourra compter de toute façon sur la faible impédance de sortie des AOP, qui seront à même d'alimenter une bonne petite longueur de liaison symétrique.

 

 

Autre chose... lorsque le gain devient conséquent un circuit d'amplification peut se mettre à osciller.... Cela n'est pas très bon pour nous ! on limite ce problème en plaçant dans la contre réaction de l'AOP (retour de la sortie vers l'entrée) un condensateur de petite valeur (100/200pF environ) qui va filtrer les hautes fréquences et éviter les oscillations parasites éventuelles. On le voit sur le schéma plus haut de la symétrisation : C2 et C3 220pF.

 

 

 

Encore autre chose.... Dans la vraie vie un AOP n'est jamais parfait, et surtout quand le gain augmente..., une tension continue d'offset peut se retrouver superposée au signal sur la sortie de l'AOP. Cette tension peut être problématique pour tout un tas de raison. Il faut donc dès la sortie de l'AOP faire en sorte de neutraliser cette tension continue parasite. Le condensateur va encore nous sortir d'affaire.... En effet un condensateur laisse passer un signal alternatif, mais bloque tout courant continu. En réalité la question est un peu plus complexe, car le condensateur selon le contexte va couper un peu les fréquences grave s'il n'est pas assez gros ! ==> les condensateurs de liaison https://www.sonelec-…teur_liaison.html

A présent tous les éléments sont sur la table... Il reste à tracer le schéma final !

 

 

A suivre ;)

Sujets les plus actifs dans "Construction de Micros, Amplis & Préamplis"

Les dernières questions dans "Construction de Micros, Amplis & Préamplis"