Mini-Amplificateur pour Guitare Rôles des différents blocs fonctionnels

Bureau d'étude d’électronique PET
SUJET Bureau d'étude d’électronique
Mini-Amplificateur pour Guitare
On désire réaliser un amplificateur portable pour guitare. Outre un haut-parleur pour
diffuser le son, nous souhaitons y retrouver les fonctions classiques d'un ampli guitare à
savoir : contrôle de la tonalité, réglage du gain et de la distorsion/saturation, réglage du
volume, et conditionnement/amplification du signal pour alimenter le haut parleur.
Ce BE a pour objectif de réaliser un montage complètement fonctionnel, qui pourra
servir de base à une réalisation plus complète pour laquelle vous pourrez ajouter un boîtier
(par exemple imprimé en 3D), un adaptateur secteur, et des potentiomètres de grande taille
pour rendre l'ensemble ergonomique, un bouton marche/arrêt, etc. Tout ceci est en bonus et
nécessite que l'ensemble de la partie électronique fonctionne correctement.
Le schéma fonctionnel de la figure 1 détaille le principe de fonctionnement du circuit que
nous avons choisi de réaliser.
Figure 1 - Exemple de schéma fonctionnel amplificateur pour guitare
Le projet sera divisé en trois sous parties, matérialisées par les ellipses sur le schéma ci-
dessus. Vous pourrez commencer au choix par l'une ou l'autre de trois sous parties « en
pointillé ». Une fois ce travail réalisé, vous pourrez compléter votre projet par l'ajout d'un
boîtier, d'un jack d'entrée...
Rôles des différents blocs fonctionnels
Bloc 1: Entrée de Test
Pour la majeure partie de ce BE, vous travaillerez à l'aide de signaux générés par un GBF.
Ainsi, vous aurez besoin d'un connecteur d'entrée dédié sur lequel vous pourrez
connecter/souder un fil pour le signal et un fil pour la masse, référence de potentiel.
Page 1
01-Entrée de
Test 03- Protection
+
Haute
Impédance
02-Entrée
Jack
4 – Distorsion
et Réglage du
gain 5 – Correcteur de
tonalité grave/aigu
6 – Amplification de
Puissance LM386
7 – Sortie vers HP 8
Ohms
8 – Alimentation
Stabilisée. Masse
Fictive.

Bureau d'étude d’électronique PET
Bloc 2 : Entrée Jack
Le but ultime de votre montage est la possibilité d'y connecter une guitare. Cela requiert
l'utilisation d'un jack spécifique, permettant notamment de connecter la masse de la guitare, à
la borne – de la batterie utilisée, mettant l'ensemble du circuit à la même masse dès la
connexion.
Bloc 3 : Protection et Entrée Haute Impédance
Pour éviter la destruction du matériel par un mauvais branchement ou une utilisation
imprévue, il faudra prévoir un circuit de protection en entrée. De plus, une guitare, de par la
conception des ses micros, ne peut générer que des courants très faibles. Aussi un étage
d'entrée haute impédance est indispensable, permettant ainsi de récupérer un signal de tension
d'amplitude convenable.
Bloc 4 : Réglage du Gain et Distorsion
L'une des étapes clés de ce montage est la mise en place d'un son dit « saturé », typique de
l'utilisation des guitares « électriques ». Cela consiste en une amplification (Gain) couplé à un
système permettant de créer de la saturation (ou distorsion). Plusieurs possibilités existent,
nous utiliserons ici des diodes.
Bloc 5 : Correcteur de Tonalité Grave Aigu
Une fois le signal pré-amplifié et saturé, il restera à régler sa tonalité grâce à un égaliseur
« grave/aigu ». Il permettra d'amplifier ou d'atténuer le signal sur 2 bandes des fréquences
significatives dans les fréquences générés d'abord par la guitare, mais également par les
harmoniques créées lors de la distorsion du signal.
Bloc 6 : Amplification de puissance à base de LM386
Les blocs précédents ont permis de créer un signal qui doit maintenant être amplifié par un
étage de puissance, qui permettra sa diffusion sur un haut-parleur, de puissance 3W
(surdimensionné donc) et d'impédance 8 Ohms. Cette amplificateur sera réalisé à l'aide d'un
LM386, amplificateur de classe AB de puissance 0,7 Watt RMS.
Bloc 7 : Sortie de test, Sortie vers HP
Le HP sera « extérieur » à la plaque PCB que vous allez réaliser. Il faudra donc prévoir des
connecteurs de sorties, mais également, un sortie de test pour pouvoir observer et caractériser
le signal en l'absence d'un haut-parleur.
Bloc 8 : Alimentation stabilisé non symétrique, masse fictive
L'ensemble de la réalisation étant alimenté par une alimentation simple régulée ; il faudra
prévoir une polarisation des différents étages autour d'une tension de référence
approximativement égale à la tension d'alimentation divisée par 2. Des capacités de liaison
sont donc à prévoir en entrée (micro) comme en sortie (HP) !
Liste des composants spécifiques utiles pour ce projet et disponibles au magasin :
- amplificateur opérationnel : TL081/82 ou MCP6002
- diode faible seuil : 1N914
- amplifcateur de puissance : LM386
- Transistor NPN : 2N4401
- HP : CQR COMPONENTS - HAUT PARLEUR 60MM 8 OHM
- Régulateur de tension : LM7805
Page 2

Bureau d'étude d’électronique PET
TRAVAIL DEMANDE – Préparation
Le travail de préparation sera présenté sous la forme d'un pré-rapport complet. Ce rapport
contiendra une présentation du projet (vous pourrez présenter la solution retenue en la
comparant à d'autres solutions envisageables), une étude détaillée du cahier des charges,
l'ensemble des calculs et éléments de réflexion nécessaires à l'élaboration d'un circuit
électronique complet. Ce travail sert à préparer la première séance de réalisation pratique :
pour chaque bloc, vous ferez attention de préciser l'ensemble des éléments
indispensables au câblage du montage (allure, fréquence, amplitude des signaux à
mettre en entrée, valeur des alimentations, valeurs normalisées des composants,
brochage des composants intégrés...).
Les questions qui vont suivre, servent à orienter vos recherches et réflexions, y répondre dans
l'ordre ne suffit pas à la rédaction d'un pré-rapport complet.
ATTENTION : L'alimentation sera non symétrique de façon à ce que le montage soit
portable et puisse être alimenté par une pile, une batterie, ou une alimentation secteur
simple.
A – Bloc n°1 et 2 : Entrée de test et jack pour guitare
L'entrée de test ne pose normalement pas de problème. Néanmoins, il est important que la
manière de connecter une source à votre montage soit claire pour vous.
- Proposer une câblage typique d'un GBF sur l'entrée de votre montage.
L'entrée jack requiert une attention particulière. En effet, il est important que le montage ne
consomme pas de courant lorsque rien (aucune guitare) n'y est connectée ou lorsque le bouton
On/Off est éteint. Le schéma électrique d'un jack et la correspondance des pattes sont
présentés sur la figure 2.
Figure 2. Schéma et photos d'une entrée pour jack de guitare 6.35"
- Proposer un câblage du jack, avec éventuellement la mise en place d'un interrupteur marche
arrêt de type « Full-Bypass », comme on en trouve typiquement sur les pédales d'effets pour
guitares.
B – Bloc n°3 : Etage de protection + Entrée Impédance
- L'entrée d'un amplificateur peut être mis à rude épreuve, en fonction de l'utilisateur. Ainsi, il
faut le protéger des surtensions dues à un mauvais branchement ou à un mauvais réglage des
Page 3

Bureau d'étude d’électronique PET
étages amonts (pédales d'effets, pré-amplis, …). Proposer un montage pour protéger la suite
du montage.
- De même, pour prendre en compte l'incapacité d'une guitare à générer du courant, ainsi que
la pluralité des éléments précédents cet amplificateur, proposer un montage d'entrée haute-
impédance à base d'amplificateur opérationnel. Proposer également un montage équivalent à
base de transistor bipolaire.
C - Bloc n°4 : Réglage du gain et distorsion
L'histoire du son « saturé » est assez récente dans l'histoire de la guitare. L'avènement des
guitares « électriques » couplées à des amplificateurs à lampes (ancêtre des transistors…) a
débouché sur la création de nouveaux sons. La polarisation des montages à lampes a pour
effet d'amplifier le signal, et de le faire saturer avec un son typique : « la chaleur des
lampes ». Les lampes ayant un certain prix (ainsi qu'une consommation élevée), des
montages électronique tentant de reproduire cette effet de saturation douce (distorsion
symétrique ou asymétrique du signal) ont été développés. Typiquement le couplage entre un
AOP et 2 diodes permet d'obtenir un comportement proche de la saturation des lampes. La
Figure 3. Montage générant la distorsion type « lampe »
Ce montage « complexe » peut être étudié de manière décomposée.
- Quel est le rôle de l'ensemble composé par R1, R2, C1, C2 ? Calculer les paramètres qui
caractérisent ce montage.
- Dans le cas où l'interrupteur « TUBE » est ouvert, calculer le gain max du montage avec R4,
R3 et P1 (pouvant être considéré comme résistance variable). Pourquoi C3 peut être considéré
comme équivalent à un fil ? Quelle fréquence de coupure basse cette capacité introduit-elle ?
Page 4

Bureau d'étude d’électronique PET
- Dans le cas où l'interrupteur « TUBE » est fermé, décrire qualitativement le fonctionnement
du montage. Une alternative à ce montage est de conserver uniquement les diodes D1 et D2.
Quel est l'effet sur le signal ?
- Votre montage devant être alimenté de manière asymétrique, préciser les modifications à
apporter à ce montage.
D - Bloc n° 5 : Correcteur de tonalité Grave Aigu
Une fois le signal « saturé », il faut maintenant pouvoir l'égaliser selon les fréquences
grave/aigu.
Le montage de la figure 4 permet d'effectuer cette fonction.
Figure 4. Schéma du filtre correcteur de tonalité + réglage du volume
- Donner le schéma équivalent du filtre pour les hautes fréquences (on supposera ici la
capacité C6 équivalente à un court-circuit). Calculer alors le gain en fonction de R8/10, C8 et
α3 (position du curseur du potentiomètre P3 variant entre 0 et 1 ).
• Donner le schéma équivalent du filtre pour les basses fréquences (on supposera ici la
capacité C8 équivalente à un court-circuit). Calculer alors le gain en fonction de R5/6, C6 et
α2 (position du curseur du potentiomètre P2 ).
• Applications numériques :
Calculer les gains correspondant à α1 =0 et à α1 =1 pour f=4kHz,
Calculer les gains correspondant à α2 =0 et à α2 =1 pour f=100Hz.
Une simulation paramétrique (plusieurs valeurs de α) pourra être menée sur Altium pour
valider ces résultats approchés.
G- Bloc n°6 et 7 : Amplificateur de puissance à base de LM386 + Sortie HP
- Étudier la Datasheet du LM386 et proposer un montage adapté à notre application.
Page 5