Electronique > Réalisations > Jeux de lumière > Modulateur de lumière 003

Dernière mise à jour : 10/04/2011

Présentation

Le montage présenté ici, basé sur l'emploi de transistors et de triacs, permet de faire varier l'intensité lumineuse d'ampoules à incandescence modèle 230V alternatif, en fonction de l'intensité d'une source sonore.

modulateur_lumiere_003_pcb_3d_a

Ce modulateur est de type trois voies, un triple filtrage est effectué pour séparer les graves, les mediums et les aigus. Un réglage général et un réglage individuel pour chaque voie sont prévus. Le modulateur est équipé d'un microphone qui le rend totalement autonome et évite de le relier à la sortie HP d'un amplificateur BF comme cela est nécessaire avec un modulateur doté d'un transformateur BF d'isolement, tel que celui présenté à la page Modulateur de lumière 001.

Avertissements

Ce montage est directement relié sur le secteur 230V, vous devez le monter dans un coffret plastique. Ce n'est pas parce que l'on a ici un modulateur de lumière avec microphone incorporé que l'on peut se permettre plus de fantaisie. L'utilisation de potentiomètres avec axe métallique est interdit, vous devez impérativement utiliser des potentiomètres avec axe en plastique. Ne travaillez jamais sur le montage et ne le touchez pas quand il est sous tension ! Quant au microphone, il ne devra pas pouvoir être touché de l'extérieur du boitier, puisque sa borne de masse est connectée à une borne du secteur 230 V (tout comme l'est la masse générale du montage). A lire avant de commencer la fabrication.

Schéma

Il existe de multiples possibilités pour réaliser un modulateur de lumière avec un microphone, mais dans tous les cas il faut avoir recours à un amplificateur pour relever le faible niveau du signal capté par le microphone et pouvoir ensuite commander les triacs en passant par des filtres. L'amplificateur (appelez ça un préamplificateur si vous le souhaitez) peut être réalisé avec des transistors ou avec un amplificateur opérationnel (AOP). Le schéma retenu à la base est basé sur l'emploi de transistors, même s'il est communement admis  - parfois à tort - qu'un AOP permet de simplifier le montage. On en reparlera plus tard, si vous voulez bien.

Modulateur lumiere 003

- Mais c'est sacrément complexe, je n'y arriverai jamais !
- Ttt ttt ttt... Ne vous affolez pas et regardez donc attentivement le schéma. Ne voyez-vous pas des parties bien distinctes les unes des autres ?
- Si, il y a bien l'amplificateur pour microphone en haut à gauche (que je reconnais grâce au composant marqué Micro), l'alimentation en bas à gauche (que je reconnais grâce au transformateur), et les trois commandes de triac (que je reconnais grâce aux lampes L1 à L3), alignés verticalement sur la droite. Mais tout de même !
- Tout de même quoi ? Avouez que chaque section n'est pas très complexe en soi, tout de même !
- Hum, si effectivement on regarde une seule partie à la fois, ça fait moins peur...
- Bien. Alors maintenant que la grande frayeur est passée, passons en revue ces différentes sections.

Alimentation secteur
L'alimentation secteur est confiée à un petit transformateur de faible puissance et de petites dimensions (9 VA ou 12 VA suffisent), suivi d'un pont de diodes BR1 pour le redressement (tout autre pont de diodes 1 A ou 2 A d'au moins 400 V conviendra très bien), d'un condensateur C15 de 1000 uF pour le filtrage principal, et d'un régulateur de tension U4 de type 7824 pour stabiliser la tension d'alimentation générale à +24 V. On aurait aussi pû faire usage d'une alimentation sans transformateur, mais l'échauffement qui en aurait résulté n'aurait pas forcement été un gage de fiabilité, à moins de prévoir une aération très conséquente. Le 24V ainsi créé au point +V1 est utilisé pour l'alimentation des trois commandes de triac, alors que l'alimentation de l'amplificateur pour microphone, +V2, passe par une cellule de découplage supplémentaire pour assurer une bonne séparation entre circuit d'amplification et circuit de commande. La tension +V3 ne sera utilisée que s'il est fait usage d'un microphone de type electret (explication ci-après).

Amplificateur pour microphone
Le microphone peut être de type dynamique ou electret. S'il s'agit d'un micro dynamique, ne mettez pas en place les composants R1, R2 et C1. S'il s'agit d'un micro de type electret, mettez-les en place. Ces composants ne servent en effet qu'à alimenter en tension continue le microphone électret (alimentation +V3), qui en a besoin pour pouvoir fonctionner (voir page Alimentation microphone electret pour plus de détails). Un microphone dynamique n'a quant à lui pas besoin d'alimentation pour fonctionner. Cette section amplification est conçue en deux étages, chaque étage étant de conception identique et composé d'un seul transistor facile à trouver. Si vous y regardez de près, vous devriez surement trouver une ressemblance avec le préamplificateur microphone 001. Le gain global de cet amplificateur à deux étages est de l'ordre de 60 dB, ce qui est suffisant pour garantir un allumage des lampes même avec une source sonore pas trop forte. Notez que le gain des deux étages est fixe, et qu'un potentiomètre placé entre chacun des deux permet de régler la sensibilité globale du montage, en prélevant sur son curseur une fraction plus ou moins importante du signal amplifié par le premier étage. Petit détail qui n'a aucune importance pour la présente application mais que vous pouvez tout de même retenir : le signal amplifié disponible en sortie du premier étage voit sa phase inversée par rapport au signal fournit par le microphone, puis il est à nouveau inversé par le deuxième étage, qui rend donc au signal final sa phase d'origine. Ce déphasage est caractéristique d'un montage amplificateur à transistor monté en émetteur commun (pour plus de détails, voir page Transistors - Applications).
Remarque : depuis le 10/04/2011, un nouvel étage amplificateur micro à base d'AOP est proposé pour permettre un meilleur fonctionnement avec des micros electret peu sensibles.

Commande des triacs
Les triacs de chaque voie sont commandés par le signal amplifié provenant du microphone, qui sera préalablement passé par un filtre composé de résistances et condensateurs pour limiter le signal de commande aux fréquences adéquates. Ainsi, le triac U1 ne perçoit que les fréquences basses, le triac U2 uniquement les fréquences médium, et le triac U3 se contente de recevoir les fréquences élevées. La réponse en fréquence de chaque filtre est assez grossière, nous n'avons pas besoin ici d'une grande précision. A titre d'information, les courbes de réponse de chaque filtre suivent à peu près les formes suivantes :

Modulateur lumiere 003 - Courbes filtres

Choix des triacs
Il existe une multitude de triacs, des petits, des gros, des très sensibles et des très "puissants". Le modèle TIC226D est un modèle très répendu, qui permet de commuter 8 A sous une tension pouvant atteindre 400V, et il présente une sensibilité suffisante pour cette application. Vous pourrez néanmoins opter pour un autre type de triac si le coeur vous en dit, surtout s'il vous en reste un dans un fond de tiroir qui ne demande qu'à être utilisé. Le TIC206D permet de ne commuter "que" 4 A (800 W tout de même), mais présente une meilleur sensibilité au déclenchement que celle offerte par le TIC226D. Rien que pour ça, je vous conseillerais presque le TIC206D... Dans tous les cas, prévoyez un petit dissipateur thermique (radiateur) si vous comptez commuter des charges de quelques centaines de watts (jusqu'à 100 W par voie, ce n'est pas nécessaire).

Cablage des triacs

Attention au cablage des triacs. Si une inversion des deux électrodes A1 et A2 n'est pas trop grave (ça ne fonctionne pas ou très mal), inverser la gachette (G) avec A1 ou A2 est fatal pour le composant.

Triac

Prototype

Ne me rappelant absolument pas ce qu'est devenue ma première réalisation (je l'ai peut-être donnée), j'ai décidé de refaire un nouveau prototype sur plaque d'expérimentation à pastilles.

modulateur_lumiere_003_proto_001a modulateur_lumiere_003_proto_001b

La partie alimentation a été incluse sur le CI, y compris le transfo d'alim 230 V / 24 V. La LED témoin de mise sous tension est également installée sur le CI, juste en sortie du régulateur de tension LM7824. J'ai monté deux résistances en série avec la LED pour améliorer la dissipation thermique. Ce n'est pas nécessaire quand la tension d'alim est de 9 V ou de 12 V, mais avec 24 V la dissipation de puissance commence à se sentir (22 V à chuter avec 20 mA conduisent à une puissance perdue en chaleur de P = U * I = 22 * 0,020 = 440 mW).

modulateur_lumiere_003_proto_001c modulateur_lumiere_003_proto_001d

Les trois filtres BF de fortune font leur boulot avec un petit poil de pertes (un peu plus pour les médium), mais il faut une bonne amplitude du signal électrique qui y parvient via les transistors Q3 à Q5. La sensibilité générale dépend beaucoup du microphone electet utilisé. Avec les derniers que j'ai achetés (moins de 1 euro TTC pièce chez Farnel), c'est assez médiocre, la musique doit être montée très forte pour que les lampes s'allument un peu. Avec un vieux microphone récupéré sur un vieux magnéto K7, c'est nettement plus sensible même si ça ne donne toujours rien avec un volume très faible (mais c'est normal car ce modulateur n'a pas été conçu pour travailler avec de la musique à faible volume). Sur la deuxième photo qui suit, vous noterez la présence d'un potentiomètre ajustable (47 kO) à droite du microphone electret. Je l'ai câblé en série avec la résistance de polarisation R2 de 4,7 kO pour pouvoir diminuer la tension aux bornes du microphone. Selon le modèle en effet la tension peut être trop élevée et cela ne convient pas toujours au micro...

modulateur_lumiere_003_proto_001f modulateur_lumiere_003_proto_001e

Si mon proto a fonctionné du premier coup ? En partie. La lampe de la voie grave ne s'allumait pas du tout et j'ai mis un bon moment pour localiser le problème. Laissez-moi vous raconter.  Premier réflexe, (re)vérification du câblage, tout me semble OK. Je sors mon multimètre que je place en mode ohmmètre et je compare entre eux les différents circuits de commande (circuit hors tension bien sûr), après le préampli micro que je ne met pas en cause puisque deux voies fonctionnent sur les trois. D'un point de vue "continuité" les trois voies montrent les mêmes valeurs en différents points du circuit, et je suspecte soit le transistor soit le triac de la voie défectueuse. J'échange le transistor de la voie grave avec celui d'une des deux autres voies... et le problème reste le même. Donc transistor OK. Je remplace le triac en place par un neuf, même problème. Diable, là quelque chose m'échappe ! Montage sous tension, je court-circuite (prudement) les deux broches A1 et A2 du triac... la lampe ne s'allume pas ! Bingo, le problème est dans la liaison électrique entre triac et ampoule, dans la prise femelle 230 V proprement dite : J'avais serré trop fort la vis d'une des deux broches de la fiche secteur et le fil était sectionné. Après correction, tout fonctionnait correctement. J'adore ce genre de truc...

Sensibilité trop faible ?

Deux internautes m'ont écrit pour me signaler que leur prototype de modulateur de lumière 003 fonctionnait mal et qu'il manquait vraiment de sensibilité. J'admet avoir moi aussi constaté ce manque de sensibilité avec certains micros electret (j'en ai parlé avant). On peut bien sûr dire "achetez donc un microphone electret plus sensible", mais on peut aussi chercher à modifier un peu le montage pour disposer d'une amplification micro plus conséquente. Il faut dire que l'étage d'entrée apporte un gain voisin de 60 dB et que 20 dB supplémentaires ne feraient pas de mal pour les micros mal lunés (à ce sujet vous pouvez aussi utiliser un micro dynamique bas de gamme à 5 euros qui sort bien plus de niveau qu'un electret bas de gamme car possédant un seuil de saturation bien plus élevé). Je propose la modification suivante pour ceux qui souhaitent conserver un micro electret standard et disposer d'une plus grande sensibilité du modulateur.

modulateur_lumiere_003_preampli_aop

Ce schéma est composé de deux étages d'amplification apportant chacun un gain de 40 dB (x 100), ce qui nous donne au total un gain maximal de 80 dB (x 10000). Le potentiomètre RV101 de 47 kO en plastique isolé a été ajouté en série avec R2 et le microphone pour permettre de régler son point de polarisation (on doit avoir aux bornes du micro electret une tension égale à celle préconisée par le fabricant - entre 3 V et 10 V si vous ne trouvez pas cette info - potentiomètre à régler impérativement avec un tournevis en plastique). Vous pouvez fort bien vous passer de ce potentiomètre ajustable additionnel et vous contenter de remplacer la résistance R2 de 4,7 kO par une de valeur comprise entre 27 kO et 39 kO. Le potentiomètre RV1 de réglage de sensibilité reste entre les deux étages afin de disposer d'une large étendue de réglage. Vous pouvez aussi relier directement les deux étages entre eux sans potentiomètre intermédiaire, et remplacer la résistance R102 (ou R108) par un potentiomètre de 100 kO. La bande passante à -3 dB de ce nouvel étage amplificateur couvre la bande 20 Hz - 20 kHz. Autre avantage de cette nouvelle structure par rapport à celle d'origine à transistor, les alternances négatives sont moins rabotées (elles vont plus loin) et cela contribue à un meilleur déclanchement des triacs peu sensibles. En parlant de triacs, j'ai dans un premier temps monté des TIC226D, avec l'intention ensuite de les remplacer par des TIC206D qui je le rappelle sont plus sensibles. Mais impossible de remettre la main sur ces derniers, damned ! Pas grave, ça ne m'a pas empêché de réaliser le proto de ce préampli version AOP.

modulateur_lumiere_003_proto_001g modulateur_lumiere_003_proto_001h

On voit bien sur les deux photos qui précèdent la verrue "préampli micro à AOP" ajoutée au circuit modulateur d'origine. Le préampli micro d'origine a été décâblé - je n'ai pas retiré tous les composants, juste les deux transistors. Avec ce nouveau préampli micro, la sensibilité est telle que les lampes s'allument toutes quand on parle de façon normale à 30 cm du microphone. Là au moins, on a de la réserve ! A noter un petit bagotement de la lampe du canal grave quand on pousse tout à fond et qu'on fait silence total, je suspecte une petite ronflette liée à mes câblages imparfaits. Aucun soucis cependant car avec la sensibilité au maximum le modulateur ne rend rien de joyeux, les lampes restent quasiment toujours allumées dès qu'on pousse un peu le volume de la musique. Ce n'est bien sûr pas l'effet recherché.

Circuit imprimé

Réalisé pour la version avec préampli micro à transistors, en simple face avec deux petits straps vites montés et vite oubliés.

modulateur_lumiere_003_pcb_composants

Typon aux formats PDF, EPS et Bitmap 600 dpi