Electronique
> Réalisations
>
Atténuateur BF fixe
Dernière mise à jour : 31/10/2010Voir aussi Atténuateur BF de puissance
Présentation
Les lignes qui suivent décrivent comment atténuer (de façon non variable) un signal BF dont l'amplitude est trop importante. Une première partie traite des atténuateurs BF asymétriques, tandis qu'une seconde partie traite des atténuateurs BF symétriques.
Remarque : vous constaterez que parfois, dans un même schéma, des composants portent le même nom, par exemple deux ou quatre résistances appelées R1, alors que ce n'est normalement pas autorisé dans un schéma électronique (sinon, comment s'y retrouver lors de l'implantation des composants ! ). Je me permet ce petit écart, en précisant que si plusieurs composants portent la même référence, c'est qu'ils sont rigoureusement identiques (même valeur).
Atténuateur BF asymétrique non réversible
Pour atténuer l'amplitude d'un signal électrique, il suffit de relativement peu de composants (de simples résistances suffisent), et de surcroit aucun apport d'énergie n'est nécessaire. On peut donc intercaler un atténuateur entre la sortie d'un équipement et l'entrée d'un autre équipement sans besoin d'alimentation électrique, l'atténuateur pouvant même prendre place dans l'un des connecteurs du câble de liaison (du côté de l'entrée de l'équipement qui reçoit le signal). Mais trève de bla-bla, et voyons voir de quoi il en retourne, avec le schéma qui suit :
A cause de sa forme, on l'appelle atténuateur en L. Difficile de faire plus simple, n'est-ce pas ? Il s'agit là d'un pont diviseur résistif simple. Si l'on donne aux deux résistances R1 et R2 la valeur de 180 ohms, le rapport d'atténuation est de 2, ce qui correspond à une baisse de 6dB (une première moitié du signal "reste" sur R1, la deuxième moitié va sur R2). Si les deux résistances ont pour valeur 10K, même chose, rapport d'atténuation de 2, soit 6dB.
C'est tout ? Hum... tout cela semble tout de même un peu trop simple. N'y aurait-il pas un piège ? Et si ! Nous sommes parti du principe que la source possédait une impédance de sortie nulle et que le récepteur possédait une impédance d'entrée infinie. Des données théoriques que l'on aimerait parfois trouver dans la réalité, mais... nous devons faire avec la réalité ! Alors prenons donc un exemple concret en utilisant des résistances de 180 ohms dans un premier temps, puis des résistances de 10Kohms dans un deuxième temps. On s'y retrouvera un peux mieux, vous allez voir.
Exemple : La source est un lecteur de CD dont l'impédance de sortie est 1Kohms (j'en vois sourire, pourtant ça existe), et le récepteur est une entrée ligne d'un ampli dont l'impédance est de 47Kohms (là, vous ne devriez pas être choqué). Voyons donc ce que celà donne une fois que nous connectons l'atténuateur entre ces deux équipements. Pour faciliter la compréhension de ce qui suit, nous appellerons R1' l'impédance de sortie du lecteur CD, et R2' l'impédance d'entrée de l'ampli. La résistance R1' se retrouve en série avec la résistance R1 de l'atténuateur, et représente une résistance équivalente R1'' dont la valeur est égale à la somme des deux résistances, soit 1180 ohms. La résistance R2' se retrouve en parallèle avec la résistance R2 de l'atténuateur. La résistance R2'' équivalente correspond à la mise en parallèle de ces deux résistances, soit 179 ohms. Le rapport d'atténuation est de... 7,7 ! On est vraiment très loin du rapport de 2 théorique que l'on pensait obtenir !!! Voyons voir maintenant ce que celà donne si nous prenons la valeur de 10Kohms pour les deux réistances R1 et R2. R1'' = 11Kohms, et R2'' = 8,24Kohms. Là, le rapport d'atténuation est de 2,33. Plus proche tout de même de ce que nous avions juste avant avec nos résistances de 180 ohms, n'est-ce pas ?
Conclusion : on ne peut pas utiliser n'importe quelle valeur de résistance pour réaliser un atténuateur... dans le cas où l'on souhaite une valeur d'atténuation précise ! Car soyons honnêtes, la plupart du temps, nous ne seront pas à 1dB près, surtout dans le domaine des liaisons grand public avec de l'asymétrique, n'est-ce pas ?
Alors, en pratique, quelles valeurs utiliser ? Et bien en tenant compte de ce qui a été écrit ci-avant, l'important est de retenir que le rapport d'atténuation correspond grosso-modo au rapport des valeurs des deux résistances.
Vs = Ve * R2 / (R1 + R2)
avec Ve = tension d'entrée, et Vs = tension en sortie
Si R1 = R2, on aura une perte d'environ moitié, soit environ 6dB. Si la résistance R2 est dix fois plus faible que la résistance R1, nous aurons une atténuation de l'ordre de 10, soit environ 20dB. Voici dans le tableau ci-dessous, quelques valeurs de résistances et les valeurs d'atténuation correspondantes. Rappelez-vous qu'il s'agit de valeurs approximatives, puisque dépendantes des impédances de source et de charge ! Les valeurs d'atténuation données ci-après sont minimales, une fois l'atténuateur en circuit, l'atténuation sera forcement plus élevée. La différence entre valeur calculée et valeur réelle sera d'autant plus faible que l'impédance de source sera faible et l'impédance de charge élevée.
| R1 |
R2 |
Atténuation en dB |
| 3K3 |
10K |
-2,5 |
| 4K7 |
10K |
-3,3 |
| 10K |
10K |
-6.0 |
| 10K | 5K6 |
-8,9 |
| 10K | 4K7 |
-9,9 |
| 10K | 3K3 |
-12,1 |
| 10K |
2K49 (ou 2K4) |
-14,0 (passage de
+4dBu à
-10dBu) |
| 10K | 1K |
-20 |
| 10K |
120 (ou 110) |
-39 (passage de +4dBu à -35dBu) |
Atténuateur BF asymétrique non réversible pour
entrée micro
active
Si vous souhaitez réaliser l'atténuateur précédent pour atténuer un niveau ligne vers un niveau micro (c'est le genre de chose qui peut dépanner), vous devrez vérifier si oui ou non l'entrée micro délivre une tension continue. C'est le cas de l'entrée micro de certaines cartes son grand public ou des entrées micro de certains caméscopes (chez Sony par exemple), cette tension continue étant destinée à alimenter un micro electret. Si cette tension est gênante pour votre application (elle peut provoquer de la distorsion), vous devrez ajouter un condensateur de liaison qui la bloquera, comme le montre le schéma ci-dessous.
La valeur du condensateur (électrochimique) n'est pas très critique, vous pouvez aussi utiliser un 100 uF ou un 470 uF (la valeur peut sembler élevée mais il faut penser que l'impédance d'entrée d'une entrée micro est de l'ordre du KiloOhm). La tension de service de 16 V préconisée ici est un bon compromis entre tension à supporter et encombrement du composant. Evitez les condensateurs au tantales dans les liaisons audio. Ils sont tentant de par leur petite taille, mais peuvent ajouter une distorsion non négligeable.
Atténuateur BF asymétrique réversible
Le montage précédent à deux résistances (sans condensateur de liaison) impose le respect du sens de branchement, l'entrée ne pouvant pas être utilisée comme sortie. Le montage suivant est un poil plus élaboré - vous pensez bien, une résistance en plus ! - et permet d'assurer la même fonction que le montage précédent, mais avec des entrée et sortie réversibles. A cause de sa forme, on l'appelle atténuateur en T.
Si l'on regarde ce circuit d'un point de vue purement théorique, il donne les mêmes résultats que le montage précédent. En effet, si la source reliée à l'entrée présente une impédance nulle et si la charge collée à la sortie présente une impédance infinie, l'atténuation apportée sera rigoureusement identique, puisqu'aucune chute de tension n'aura lieu sur la seconde résistance R1. Bien évidement, si l'on se place maintenant dans le monde du réel (c'est là qu'on se retrouve le plus souvent finalement), les choses diffèrent alors. Nous avons la première résistance R1 et R2 qui constituent un pont diviseur de tension (comme avant), mais en plus nous avons la seconde résistance R1 qui forme un second pont diviseur avec l'impédance de charge du circuit raccordé à la sortie. Ce qui entraine une atténuation supplémentaire, et pas des moindres avec les valeurs données ici aux résistances ! Vous commencez à comprendre la subtilité de la chose ? Il faut avoir des valeurs assez élevées pour que la source ne soit pas trop chargée, et en même temps il faut tenir compte des impédances de source et de charge dans le calcul des composants. Cela était vrai également pour le montage précédent, mais cela était moins "critique" qu'ici. Vous comprennez maintenant pourquoi certains auteurs sur le net fournissent des calculatrices pour faciliter les opérations...
Atténuateur BF asymétrique pour sortie
symétrique
Les deux schémas qui suivent permettent de se constituer un atténuateur dont l'entrée sera raccordée à une sortie symétrique, et la sortie sera raccordée à une entrée asymétrique. Le premier schéma convient pour une sortie symétrique électronique (transistors ou circuits intégrés) et le second schéma convient pour une sortie symétrisée par transformateur.
Les valeurs données ici aux composants sont arbitraires, les schémas sont surtout là pour le cablage de la XLR. Désolé de prendre autant de place pour si peu. Mais il faut bien rire un peu de temps en temps, non ? ;-)
Atténuateur BF symétrique de puissance, pour insertion entre sortie ampli et HP
Les atténuateurs fixes décrits ci-avant sont avant tout destinés à l'atténuation de signaux BF où il n'est pas question de puissance, mais où il est juste question de tension. La fabrication d'un atténuateur de puissance demande quelques précautions supplémentaire, et ne doit pas être pensé de la même façon, tout simplement parce que les puissances mise en jeu ne sont plus négligeables, et que mal concevoir ce type de circuit peut provoquer la destruction de l'atténuateur, ou pire, la destruction de l'amplificateur. Plus de détails sur la page Atténuateur BF de puissance.
Atténuateur BF symétrique
C'est ce genre d'atténuateur que l'on trouve en entrée de tranche sur certaines consoles de mixage, et qui est généralement appelé "PAD". La valeur d'atténuation apportée par le PAD n'est pas réellement standardisée, mais tourne en général autour de 20dB (parfois 18dB, parfois 23dB ou même 26dB). Le schéma ci-dessous représente un atténuateur doté de deux prises XLR (autonome et pouvant être déplacé), mais il va de soi que vous pouvez ignorer ces prises et intercaler les résistances dans un montage électronique existant (avec de préférence un double inverseur permettant de le mettre en/hors service). A cause de sa forme, on l'appelle atténuateur en H, ou encore atténuateur en T symétrique (un T à l'endroit et un T à l'envers dont les deux barres verticales sont confondues).
Inutile de réexpliquer ce qui a été dit avant, je suis certain que vous comprennez que les résistances sont montées ainsi parce qu'il y a deux fils signal (en plus de la masse) dans une liaison symétrique, et qu'on ne va pas s'amuser à atténuer une partie et pas l'autre (je ne vous raconte pas le massacre à la réception si on s'amusait à ce genre de chose).
Formule permettant de déterminer le facteur d'atténuation
(les allergiques sauteront automatiquement les deux lignes suivantes)
Vs = Ve * R2 / ((2 * R1) + R2)avec Ve = tension d'entrée, Vs = tension en sortie, et R3 = 0 ohms
Franchement, on arrive à la fin de la page, ce n'est pas le moment de se tartiner des formules, vous ne croyez pas ? Alors je vous propose quelques exemples de valeurs et on n'en parle plus. OK ? En voici donc quelques unes, tirées de-ci de-là dans telle ou telle autre console ou préampli micro (je n'avais même pas le courage de faire les calculs moi-même, c'est dire si je vous comprend).
| R1 |
R2 |
R3 |
Atténuation en dB |
| 240 |
300 |
0 (zéro) |
-10 |
| 330 |
220 |
0 (zéro) |
-12 |
| 200 |
249 |
200 |
-14,0 (passage de +4dBu à -10dBu) |
| 2K49 |
1K00 |
100 |
-15 |
| 1K |
220 |
0 (zéro) | -20 |
| 619 |
169 |
619 |
-20 |
| 180 |
390 |
180 |
-23 |
| 4K99 |
154 |
10 |
-36 |
Remarques
- Pour l'atténuateur symétrique, vous devez impérativement utiliser des résistances de précision 1%, afin de limiter l'impact sur le facteur de réjection de mode commun. Choisir des résistances de 5% n'apportera pas forcement un gros décalage, mais autant faire pour le mieux quand on le peut. Vous pouvez vous permettre d'utiliser des résistances carbone, ça a bien moins d'importance ici que dans un préampli micro où l'emploi de résistances métal est recommandé (les niveaux de tension ne sont pas du tout du même ordre de grandeur).
- Si les résistances R1 et R3 sont identiques, vous avez affaire à un PAD réversible. Sinon (comme c'est le cas pour le schéma présenté ci-avant), vous devez respecter l'entrée et la sortie.
- L'atténuateur doit être placé au plus près du circuit récepteur, pour bénéficier de la plus forte amplitude possible tout au long du câble de liaison. Vous obtiendrez ainsi un meilleur rapport signal / bruit, ce qui est très net quand la liaison s'effectue dans un endroit fortement perturbé.
Quelques valeurs pour un atténuateur symétrique et réversible 600 ohms / 600 ohms
A la demande d'un internaute, j'ajoute le tableau suivant, qui donne quelques valeurs d'atténuations pour un atténuateur symétrique réversible, pouvant être inséré dans une ligne 600 ohms. Valeurs théorique, en pratique choisir les valeurs de résistance normalisées les plus proches. Dans le cas présent, R1 = R3 (quatre résistances identiques).
| R1 |
R3 |
R2 |
Atténuation en dB |
| 18 |
18 |
5200 |
-1 |
| 52 |
52 |
1703 |
-3 |
| 84 |
84 |
987 |
-5 |
| 100 |
100 |
803 |
-6 |
| 156 |
156 |
422 |
-10 |
| 180 |
180 |
322 |
-12 |
| 210 |
210 |
220 |
-15 |
| 233 |
233 |
154 |
-18 |
| 246 |
246 |
121 |
-20 |
Attention ! Un tel atténuateur ne convient pas forcement dans tous types de liaison 600 ohms. Une liaison téléphonique, par exemple, fonctionne avec une boucle de courant, et ce courant doit avoir une valeur précise pour un fonctionnement correct de l'élément qui y est raccordé (téléphone ou modem). Placer un atténuateur est parfois conseillé pour diminuer le courant de boucle (certains modems fonctionnent mieux ainsi), mais l'atténuation doit tout de même rester modeste. Par contre, pour une vieille console dont la sortie se fait sur transfo avec une impédance caractéristique de 600 ohms (ça ne se trouve plus sur les consoles récentes, avec lesquelles on travaille en adaptation de tension et non en adaptation de puissance), vous pouvez adopter une valeur d'atténuation quelconque.
Atténuateur symétrique avec microphone électrostatique ?
Dans les consoles de mixage ou préamplis micro équipés d'une entrée XLR avec PAD (atténuateur) et alimentation Phantom, la section atténuateur est placée après injection du +48 V de l'alim Phantom pour que cette dernière ne passe pas par l'atténuateur. Que faire si on dispose d'un microphone électrostatique qui délivre un niveau tel qu'on arrive à saturer l'étage d'entrée d'un préampli dont le gain est au minimum et que ce dernier ne dispose d'aucun atténuateur supplémentaire intégré (pad) ? Peut-on ajouter un atténuateur symétrique externe entre microphone et préampli, sachant que l'alim Phantom ne doit pas être trop perturbée ? En principe on devrait dire qu'on ne peut pas ajouter un tel atténuateur en externe et qu'il faudrait ouvrir le préampli pour ajouter l'atténuateur au plus proche de l'étage amplificateur. Cependant, et pour les microphones récents qui ne consomment que très peu d'intensité sur le 48 V, on peut émettre l'idée qu'un tel atténuateur externe peut être envisagé, selon le schéma suivant.
Avec les valeurs de ce schéma, on peut espérer grosso-modo une atténuation comprise entre 12 dB et 20 dB, en supposant que l'impédance d'entrée de l'étage préampli qui suit est de l'ordre de 1 kO. Augmenter la valeur des résistances série (celles qui sont dessinées en horizontal sur le schéma) contribuera à une atténuation plus grande, mais il ne faut pas aller trop loin si on veut conserver une tension d'alim suffisante pour le microphone. Selon la topologie électronique de ce dernier, une alim trop faible pourrait se traduire par une augmentation du souffle et/ou de la distorsion. En toute honnêteté je n'ai pas essayé ce montage mais je pense qu'il est raisonnable de ne pas aller au-delà de 1 kO pour ces quatres résistances (R3 restant à 150 ohms). En gros, faire des tests avec des valeurs comprises entre 150 ohms et 1 kO.
Remarque : il ne serait pas surprenant d'observer une petite baisse de niveau dans le bas du spectre si des condensateurs de liaison sont installés en sortie du micro et si ces derniers possèdent une valeur capacitive plutôt "basse". En effet, l'ajout de l'atténuateur se traduit par la mise en parallèle d'une impédance (résistance) supplémentaire à celle d'entrée du préampli, et cela peut faire descendre la fréquence de coupure basse dans une certaine mesure, difficile à évaluer si on ne connait pas précisement les caractéristiques techniques du micro et de l'étage d'entrée du préampli. Ca ne s'entendra peut-être pas du tout, et comme je le dis il faut tester. Toujours est-il qu'une petite chute de niveau dans le bas du spectre sera de toute façon préférable à une distorsion trop audible. Allez, on va dire que c'est justement les basses qui sont responsables de la distorsion...