Compte rendu de projet

Compte rendu de projet
Création d’un Amplificateur
QUENTIN Mickael, REIGNER Kevin & PEREZ Guillaume
Projet tutoré par GRASSER Laetitia
2008
Compte rendu de Projet : Création d’un Amplificateur 2008
Chapitre 1 – Cahier des charges
 1) Présentation du projet
Contexte, objet du projet, organisation, environnement et existants
fonctionnels
 2) Description du projet
Description générale du projet, besoins fonctionnels, etc.
 3) Sélection des composants
Critères de sélection des composants, commandes, etc.
Chapitre 2 – Caractérisation de l’amplificateur
 1) Approche du montage
Photos des composants et de la plaquette, introduction aux mesures,
 2) Mesures
Diagramme de bode, impédance d’entrée et de sortie, temps de
réponse,
Chapitre 3 – Fonctions complémentaires et perspectives
 1) Fonctions complémentaires
Réglage du volume, fonction Mute/Standby
 2) Perspectives futures
Réalisation d’une caisse, ajouts de fonctions intermédiaires, etc.
Conclusion, Remerciements et sources
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Compte rendu de Projet : Création d’un Amplificateur 2008
Chapitre 1 – Cahier des charges
1)Présentation du projet
Dans le contexte du deuxième semestre de Mesures Physiques à l’IUT
d’Orsay, un projet Tutoré par un professeur doit être mené à bien avec deux ou trois
étudiants. Nous avons décidé de réaliser un amplificateur.
Le choix a été assez rapide puisque nous sommes tous les trois attirés par la
musique et par les moyens utilisés pour faire de la musique. Comprendre comment
fonctionne l’électronique d’un amplificateur est un point primordial pour ce projet.
Le but essentiel du projet est d’améliorer nos connaissances en électronique et en
technique de sonorisation d’instruments.
Organisation du projet :
- Déterminer l’ensemble des caractéristiques d’un amplificateur.
- Déterminer à quel instrument sera destiné l’amplificateur
- Savoir précisément quels composant seront à même de convenir à la
réalisation
- Commander l’ensemble des composants pour au moins réaliser une
maquette
La quasi-totalité du projet pratique sera réalisée au sein de l’IUT. C’est en effet
le seul lieu susceptible de nous fournir le matériel d’alimentation, câblage, etc.
Tous les éléments non présents dans l’existant fonctionnel sont les
composants de l’amplificateur ainsi que l’alimentation. Au sein de l’IUT et pour la
présentation du projet, on se contentera d’utiliser l’alimentation continue présente en
salle de TP.
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2)Description du projet
Etant juste en connaissance du cours d’électronique du deuxième semestre
sur les amplificateurs, nous avons dû consacrer une partie importante du projet à la
prise d’informations sur l’adaptation de ces amplificateurs au son, sur les différentes
puissances possibles ainsi que sur les différents schémas de câblage utilisés par les
grandes marques d’amplificateurs.
Après cette période de prise de connaissance des problématiques auxquelles
nous allions être confrontés, nous avons pu déterminer petit à petit le profil de
l’amplificateur. Par soucis de simplicité dans la réalisation, il a été décidé que ce
serai un amplificateur à lampe de puissance 50W. Et qu’il sera destiné à une guitare
électrique. Ce dernier point est primordial puisque c’est la guitare qui détermine la
gamme de fréquence que l’amplificateur doit être capable d’amplifier et que
l’enceinte doit retranscrir en onde sonore. Enfin le dernier critère important est
l’impédance de sortie de l’amplificateur. Pour un grand nombre d’amplificateur du
marché elle est de 8Ohm. C’est donc une impédance de sortie de 8Ohms qui fut
choisie.
Nous avons décidé de ne pas préciser le moindre objectif d’amplification en dB, le
but n’étant pas de répondre à ce type d’objectif mais plutôt de concevoir un
amplificateur d’amplification quelconque.
En possession de l’ensemble des caractéristiques dont nous avions besoin,
vient maintenant le choix des composants correspondants à ces critères.
L’amplificateur voulu sera axé autour d’un système d’amplificateur opérationnel
appelé TDA. Le choix essentiel est celui du TDA, cœur de l’amplificateur.
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3)Sélection des composants
Voici l’ensemble des critères auxquels le TDA devait répondre :
-
Impédance de sortie de 8Ohms
-
Gamme de fréquence d’amplification d’au moins celle d’une guitare
électrique
-
Amplification de 50W
-
Mono et non stéréo, qui nous aurait obligé de désactiver un canal
-
Son prix
C’est le TDA 7293 qui a finalement été choisi, balayant l’ensemble de la
gamme de fréquence audible (20 – 20 000 Hz). Nous l’avons commandé par
l’intermédiaire de conrad.fr, vendeur internet de composants électroniques. Grace à
la documentation technique fournie, nous avons pu vérifier les critères souhaités et
obtenir un montage possible d’amplificateur opérationnel. Nous avons alors pu
commander l’ensemble des composants correspondant à ce montage. L’intégralité
des composants électroniques nous a couté environ 25€, dont 7€ pour le TDA.
Les critères de sélection de l’enceinte sont presque identiques, sauf que la
gamme de fréquence est tout de suite restreinte pour l’ensemble des enceintes
vendues. Surtout que les prix grimpent vite. Après plusieurs recherches et discutions,
nous avons sélectionné (toujours par l’intermédiaire d’internet) le modèle TS30/250D
avec une impédance le 8Ohms, une puissance de 120W RMS et un pris s’élevant à
30 €. Celle-ci amplifie évidemment la gamme de fréquence correspondant à une
guitare électrique. C’est d’ailleurs un type d’enceinte destiné à la sonorisation
d’instruments.
Alors en possession de l’ensemble des composants, nous avons pu nous
réunir dans une salle de TP pour réaliser l’ensemble du montage et des mesures.
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Chapitre 2 – Caractérisation
1)Approche du circuit
Lorsque nous avons eu tous nos composants, nous nous sommes rendus
dans une salle de TP de l’IUT d’Orsay pour y faire le montage, ainsi que les diverses
tests comme le diagramme de Bode.
Nous avons subit, lors de nos tests des problèmes de faux contacts ou de non
contact, dû principalement à la plaquette à trou inadapté aux pattes de notre TDA, si
cela n’a pas posé de véritable problème pour les premières caractérisations, il nous a
été impossible de refaire le diagramme de Bode dans les bonnes conditions (voir
explications dans Diagramme de Bode). En effet, les faux contacts répéter ont détruit
le TDA, et nous n’avons pas eu le temps d’en ravoir un autre suffisamment tôt pour
recommencer d’autres tests.
On peut voir ci-dessus l’ensemble des composant livrés tel quels. Et cidessous, le montage réalisé sur la plaquette de l’IUT.
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2)Mesures
Obtention du Diagramme de Bode :
Protocole :
-Double alimentation 25V en série avec la masse fixée entre les deux alimentations
-GBF en signal sinusoïdale
-Oscilloscope
-Multimètre
Pour obtenir le diagramme de Bode, on envoie une tension à une fréquence donnée,
via le GBF, puis, grâce à l’oscilloscope, on obtient la tension de sortie de l’ampli.
Alors on utilise la formule 20log (Vs/Ve) pour obtenir le Gain. On réitère l’opération à
plusieurs fréquences données pour obtenir une courbe du gain en fonction de la
fréquence.
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Résultat :
Le diagramme obtenu est le suivant
Analyse :
Le diagramme obtenu est donc parfaitement celui attendu. Toutefois, les
résultats ne peuvent être pris pour exacte. En effet, l’usage du multimètre était
déconseillé, étant donné que son impédance est de l’ordre du mégohm. Pour cette
mesure, nous aurions dû mettre en parallèle une résistance de puissance de 8Ohms,
nous permettant d’avoir gain plus exact. Mais l’alimentation préconisé pour cette
impédance est de 38V, ne disposant pas d’alimentation de ce type nous avons dû
nous contenter d’alimentations de 25V, Alors le gain ne sera pas optimal.
Pour notre montage, nous avons utilisés le câblage préconisé par le
constructeur de l’amplificateur. Nous avons également utilisé comme support une
plaquette à trou, qui avait pour avantage d’être simple d’accès. Toutefois, la
plaquette à provoquer de multiples faux contacts, compliquant notre travail.
De plus, L’enceinte est un système électromagnétique, et il tire sa puissance
de l’intensité du courant et non pas de la tension. Ainsi, notre diagramme de Bode
aurait du être établit avec un wattmètre, matériel dont on ne disposait pas. Toutefois,
Ce diagramme est précieux, puisque s’il ne nous permet pas de déterminer le
véritable Gain en puissance, il nous permet de vérifier sa plage d’utilisation en
fréquence.
Alors, nous pouvons voir que la plage d’amplification est plus large et
comprise dans la plage d’audition humaine. Ainsi, la gamme d’audition humaine est
parfaitement couverte, ce qui nous garantie un usage optimale de l’amplificateur.
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Mesure de l’impédance d’entrée :
Protocole :
-Système précédent
-Boite à décade de résistance.
On utilise la méthode des demi-tensions, cette méthode utilise la règle du
diviseur de tension. En effet, on applique une tension d’entrée, et l’on mesure la
tension au borne de la résistance réglable (ou boite à décade), et lorsque la tension
au borne de la résistance est égale à la moitié de la tension en entrée, alors, on
connaît l’impédance d’entrée de l’amplificateur.
U=R1*E/ (R1+R2)
Si U=E/2 alors
U=R1*2U/ (R1+R2)
R1=R2
Résultat :
Nous obtenons une impédance d’entrée de l’ordre de 11KOhms.
Analyse :
Ce résultat est tout à fait logique, car le micro, est en parallèle avec une
résistance de 22KOhms en série avec une résistance de 680Ohms.
Soit (22000+680)/2=11340Ohms.
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Impédance de sortie :
L’impédance de sortie, est quant à elle fournis dans les caractéristiques du
TDA. Toutefois, l’impédance de sortie est très importante pour un amplificateur. En
effet, Lorsque l’impédance de sortie sera équivalente à celle de l’enceinte, la
puissance sera optimale. Si l’impédance de l’enceinte est plus élevée que
l’impédance de sortie de l’amplificateur. Ceci est due au fait, que l’enceinte
absorbera une partie de la puissance, mais que le TDA absorbera une puissance
plus élevée, ce qui aura pour conséquence que sa consommation totale sera plus
élevée que sa puissance nominale, entraînant une destruction à plus ou moins long
terme.
Temps de réponse :
Protocole :
-Amplificateur
-double alimentation 25V
-oscilloscope
-GBF réglé en signal carré
Pour le mesurer temps de réponse, on fixe le GBF en signal carré, permettant d’avoir
une variation de tension d’entrée très rapide et de mettre en évidence le temps de
réponse. Puis on prend la différence de temps que l’amplificateur met pour parcourir
80% de la différence de tension. (Déterminer grâce à l’oscilloscope)
Résultat :
Nous obtenons un temps de réponse de 1.120µs, ce qui correspond à environ
900KHz.
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Compte rendu de Projet : Création d’un Amplificateur 2008
Analyse :
Ce temps de réponse est excellent, en effet, le temps de réaction d’un cerveau
humain est supérieur à la milliseconde, ainsi, on ne pourra discerner le temps que
met l’amplificateur pour renouveler son signal.
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Chapitre 3 – Fonctions
complémentaires et perspectives
1) Fonctions complémentaires
Réglage du volume
Le réglage du volume nécessite de faire varier la valeur de la tension d'entrée de son
plus bas niveau à son plus au niveau. Pour cela on utilise un pont diviseur de tension
schéma suivant :
R1 = 1 KOhms -------> 100KOhms
R2 = 10 KOhms
On obtient une tension V2=V1 (R2/ (R1+R2)) qui varie en fonction de la résistance
R1 qui est une résistance variable, un potentiomètre dans notre cas. Lorsque R1
tendra vers 0 (sera négligeable devant R2), on aura V=V1 (R2/R2)=V1. Et lorsque
R1 tend vers l'infini (donc quand R1 est très supérieur à R2), on a V=V1 (R2/
(infini+R2))=0
Fonction Standby et Mute
Parmi ces deux fonctions une est plus nécessaire que l'autre nous voulons parler de
la fonction Mute qui sert à éteindre l'amplificateur en coupant le signale d'entrée de
façon a ce que l'ampli ne soit plus actif. La fonction Standby est en quelque sort un
gadget bien utile qui en appliquant une certaine tension sert à couper l'alimentation
de l'ampli de façon a ce que lors de l'entrée du jack pour une guitare par exemple le
phénomène de sur tension ne détruise pas l'enceinte en sortie de l'ampli.
Ces deux fonctions sont alimentées par une tension 0-5V
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2) Perspectives futures
Ce que nous vous avons présenté ici n’est qu'un aperçu de ce que nous
avons en vu. Le circuit est ici comme vous le voyez, à l'état de montage expérimental
et nécessite une configuration plus pratique.
Plusieurs objectifs se présentent à nous. D’une part la réalisation de la caisse
de l’amplificateur, pour assurer sa mobilité et profiter pleinement de la portabilité d’un
amplificateur classique du marché. De plus, la caisse améliore incontestablement le
rendu sonore (tout particulièrement les basses)
Il sera donc nécessaire de monter un circuit imprimé. Nous utiliserons donc le
routage proposé par le constructeur sur la documentation technique du TDA.
Un point important qui nous pose encore problème est la réalisation de
l’alimentation +35V/-35V. En effet ce type d’amplification n’est pas commun et donc
coute extrêmement cher (environ 500 €). Nous ne pouvons pas non plus nous
permettre d’utiliser une alimentation trop faible, ce qui influerait sur le rendu en
puissance de l’ampli.
Nous pourrions également poursuivre sur le perfectionnement de l'ampli en le
rendant plus polyvalent. Nous pensons ajouter un équaliseur :
c'est un réglage des différentes gammes de fréquences de l'ampli : les basse (150200Hz) ; les médiums (1-1,2kHz) ; les aigus (4-5kHz). Pour cela il faudrait insérer à
l'entrée de l'ampli des filtres passe haut, passe bas, et passe bande de façons à
influencer sur les fréquences à laissé passer et à régler un son pour qu'il ait une
certaine richesse en un type de fréquence ou un autre (basse aigu médium).
Il est aussi possible d’ajouter d’autres fonctions. Comme la distorsion (ce qui
permet d'avoir un phénomène de saturation du son), la réverbération (ce qui permet
d'avoir un effet de résonance) ou du Delay (ce qui a donne un effet d'éloignement et
de rapprochement du son). Il existe évidemment une multitude d’effets différents,
mais ceux la sont les plus communs et importants.
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Conclusion
Ce projet nous a essentiellement appris à comprendre le fonctionnement d’un
amplificateur adapté à la musique. Nous avons pu utiliser et appliquer le cours
d’électronique de S2 tout en perfectionnant nos connaissances à ce niveau.
De plus, des notions plus précises ont été comprises notamment sur les différentes
fonctions adaptables à ce type de montage (mute, standby, etc.). Une fois la
réalisation matérielle de la caisse et du circuit, l’amplificateur pourra être utilisée par
n’importe quelle guitare électrique à micros passifs.
Remerciements
-
Laetitia GRASSER, Tutrice de notre projet. Elle nous a guidés tout au long
de la réalisation du projet.
-
L’IUT D’Orsay, qui a bien voulu nous accueillir dans les salles de TP et
nous prêter son matériel d’électricité.
-
Gilles, qui nous fera le circuit imprimé aux normes.
-
Serge KOURDO, réparateur d’amplificateur guitare, pour ses conseils.
-
Le Magasin MELUN Musique, Sono, Guitare et Conrad.fr
-
L’imprimerie ICS, pour l’excellente et rapide impression du Poster
Sources
-
http://www.gotronic.com (site d’électronique)
-
http://www.conrad.fr (vente de composants électronique)
-
http://electroremy.ifrance.com/elec-info_cablage.html (site d’électronique)
-
Magazine « La Boite Noire » (disponible dans tous les magasins de
musiques)
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