Trois circuits électroniques audio : le Heavy Pod (3)

Rédigé par roi_matou Aucun commentaire
Classé dans : Productions Mots clés : électronique
L'objectif initial de ce circuit était de reconvertir un récepteur radio FM ancien en enceinte Bluetooth "portative" (bien qu'assez éloignée des standards actuels), basée sur un module audio Bluetooth MH-M28 (mal documenté) et un amplificateur mono LM386. Le circuit peut être grossièrement divisé en 4 parties : l'alimentation (batterie LiPo et module de charge semblables à ceux utilisés pour le Master Blaster), le module récepteur Bluetooth MH-M28, le circuit mélangeur audio passif (basé sur les explications de Rémy Mallard) pour transformer la sortie stéréo du module en entrée mono pour l'amplificateur1, et enfin le circuit d'amplification lui-même (source identique). Le haut-parleur d'origine, de qualité médiocre mais fonctionnel, a été conservé2. La partie communication sans fil a été mise de côté et confiée à une "boîte noire" (le module Bluetooth) pour se concentrer sur la partie amplification, qui pose un certain nombre de questions et nécessite quelques explications.


Les données numériques transmises par un appareil sans fil au module Bluetooth sont converties en signal sonore. Il s'agit d'un signal électrique (analogique) alternatif de fréquence et d'amplitude variables. Il est divisé en deux canaux gauche et droite (L et R, stéréo) que l'on souhaite réunir en un seul canal pour pouvoir le transmettre à la seule entrée (mono) de l'amplificateur. Les sorties L et R, qu'on peut considérer comme des générateurs de courant électrique, ne peuvent être connectées directement l'une à l'autre sous peine d'endommager le module et/ou l'amplificateur. La solution consiste à connecter à chacune d'entre elles une résistance dite de sommation, de valeur au moins dix fois supérieure à l'impédance des canaux de sortie, avant de les raccorder. Un condensateur de couplage ou de liaison est également placé en série, afin de bloquer la composante continue du signal en sortie de la source audio. Le but est double : éviter un dysfonctionnement de l'étage d'amplification et ne conserver que la composante alternative utile du signal. Un potentiomètre de volume est placé juste avant l'entrée de l'amplificateur.

L'amplificateur LM386 comporte huit broches. La broche 6 reçoit l'alimentation électrique, les broches 2 et 4 sont reliées à la masse. La broche 3 reçoit le signal sonore. La broche 7 est reliée à la masse par l'intermédiaire d'un condensateur de découplage, dont le rôle est la suppression du bruit (interférences ou transferts de signal non désirés entre le canal d'alimentation et le canal audio). Les broches 1 et 8 sont reliées entre elles par un couple résistance + condensateur (appelé circuit RC) afin d'augmenter le gain (puissance du signal) en fonction de la valeur des deux composants. En principe, cette liaison consiste à renvoyer une partie de la tension de sortie vers l'entrée de l'amplificateur. Enfin, la broche 5 est la sortie de l'amplificateur qui envoie le signal sonore au haut-parleur. Un second circuit RC relie également la sortie à la masse. Il permet d'après Rémy Mallard "de conserver une bonne stabilité de l'amplificateur aux hautes fréquence" (c'est-à-dire éviter le phénomène d'oscillation) en dérivant les fréquences les plus élevées vers la masse. Ce type de montage est appelé réseau de Zobel ou cellule de Boucherot.


Si l'amplificateur LM386 est fonctionnel tel quel (avec seulement un condensateur de liaison en entrée du haut-parleur), on s'aperçoit qu'il est nécessaire de lui adjoindre un certain nombre de composants supplémentaires pour obtenir un résultat sonore acceptable. En fait, ce montage montre d'une part la limite des conventions théoriques (ex.: masse au potentiel parfait de 0V) et d'autre part la sensibilité des amplificateurs aux interférences et perturbations, dont les causes peuvent être nombreuses et cumulatives : isolation imparfaite au sein de l'amplificateur lui-même, rayonnement électromagnétique, ondes radio, dysfonctionnement... Une des difficultés principale est de déterminer la valeur optimale des composants, choix qui nécessite de nombreux tâtonnements si on décide de faire l'économie de calculs fastidieux3. Néanmoins, ce montage présente plusieurs intérêts :
  • Il propose une application concrète d'un composant passif de base, le condensateur;
  • Il constitue une première approche d'un circuit intégré relativement facile à mettre en œuvre et permet d'aborder le fonctionnement des amplificateurs;
  • Enfin, il met en évidence les différences qui peuvent exister entre un circuit théorique et sa mise en application, qui amènent à le complexifier (parfois empiriquement).
Un certain nombre d'améliorations sont possibles : changement du haut-parleur, ajout d'un boîtier améliorant l'isolation électromagnétique des composants (en particulier les MH-M28 et LM386), utilisation de composants de meilleure qualité (condensateurs polyester), montage sur PCB pour diminuer la longueur des connexions...

Matériel

Module de charge (type circuit intégré TP4056) x1 > 1,16€ (/pièce, lot de 3) ; module régulateur élévateur de tension 5V x1 > 2,46€ (/pièce) ; batterie lithium-ion 3,7V/1Ah > 9,90€ (/pièce) ; module Bluetooth audio MH-M28 x1 > 5,27€ (/pièce) ; résistance 47Ω x1 > (0,032€/pièce, lot de 10) ; résistance 1kΩ x1 > (0,15€/pièce, lot de 10) ; résistance 10kΩ x2 > (0,15€/pièce, lot de 10) ; condensateur électrolytique 220µF x3 > (0,341€/pièce, lot de 5) ; condensateur électrolytique 10µF x2 > (0,211€/pièce, lot de 5) ; condensateur céramique 47nF x1 > (0,098€/pièce, lot de 10); potentiomètre rotatif 22kΩ > (2,94€/pièce) ; amplificateur audio LM386N-4 x1 > (1,21€/pièce) ; boutons-poussoirs verrouillables x5 > (3,78€/lot de 5) ;  carte de circuit imprimé pour prototypage > 2,06€ (/pièce) ; fil de câblage multibrins (souple) 24AWG > 0,15€ (15,00€/30m) ; étain à souder > 0,10€ (9,50€/100g).

Coût de revient estimé : 31,06€. Le coût est calculé à partir des catalogues RS Components (composants) et Banggood (modules). Les prix relevés sont ceux des composants à l'unité ou vendus en petites quantités.

Ressources

Fichiers

Notes

1 A l'origine, la partie mélangeur audio devait intégrer une sortie stéréo jack 3.5mm en plus de la sortie mono, mais le module MH-M28 étant déjà équipé d'une telle sortie, elle a finalement été retirée du circuit. La méthode est néanmoins décrite sur le site de Rémy Mallard.
2 Il s'agit d'un haut-parleur d'impédance 12Ω, et non 8Ω comme celui utilisé dans le schéma qui sert de base au montage. Néanmoins, les valeurs proposées n'ont pas été recalculées et ont été conservées telles quelles.
3 Sur son site personnel, Peter Vis propose un circuit semblable (non testé) avec, semble t-il, des valeurs de composants optimisées...

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