Sommaire | Services Pro | Musiques | Publications | Connectique | Electronique | Logiciels | Divers | Contacts | Liens | Glossaire | Historique

Electronique > Bases > Suivi (traçage) d'un signal BF

Dernière mise à jour : 18/05/2014

Voir aussi A faire, à ne pas faire et Vérification de composants électroniques

Présentation

Le circuit électronique posé devant vous refuse obstinément de sortir du son, alors qu'il le devrait. Quelque chose, dans votre synthériseur de son, lecteur multimédia, amplificateur ou autre périphérique audio (compresseur de modulation ou pédale d'effet par exemple) ne se comporte pas comme prévu. Comment traquer l'élement défectueux ou localiser une piste coupée ?

Quel équipement pour les tests ?

De quoi a-t-on besoin pour traquer un étage audio défecteux ? En premier lieu, d'une source sonore. Ce n'est pas absolument indispensable, mais tellement plus pratique ! Deuxièmement, d'un appareil qui permet d'entendre (petit ampli BF) ou de voir (oscilloscope) le signal de la source sonore.

Générateur sonore

Dans le cas d'un périphérique destiné à traiter un signal audio, on estime que l'appareil doit délivrer sur sa sortie audio, un signal très intimement lié au signal appliqué sur son entrée. Donc autant avoir une source de signal toujours prête à l'emploi. Là, on a l'embarras du choix, les sources audio ne manquent pas :

• lecteur CD ou lecteur portable multimédia (smartphone, tablette),
• générateur logiciel (exemple 1 et exemple 2),
• générateur de test autonome (souvent 1 kHz mais d'autres valeurs de fréquence peuvent convenir),
• petit transfo d'alim secteur (secondaire 6 V) avec pot 10 kO log pour "réglage de volume"...

Il est conseillé, quand on se lance dans un dépannage occasionnel, d'utiliser un petit générateur de test autonome (exemple) car les autres types de générateurs sont plus encombrants ou moins pratique d'usage. La qualité du signal délivré par le générateur de test n'a ici aucune espèce d'importance. On ne cherche pas à mesurer la qualité du "traitement" de l'appareil en panne, mais à localiser l'endroit où le signal ne passe plus. Un générateur sommaire qui délivre un signal carré de basse fréquence fait parfaitement l'affaire, car ce signal est constitué d'une riche combinaison de signaux harmoniques (signaux sinusoïdaux dont la fréquence est un multiple entier de la fréquence principale qu'on appelle fondamentale). Pratique quand on veut tester un filtre passe-haut dont la fréquence de coupure va bien au-delà de la fréquence fondamentale du signal test... Mais il va de soi que quand on cherche à localiser la cause d'une déterioration sonore et non d'une absence sonore, une source musicale est préférable.

Ampli BF

Plusieurs solutions : petit HP amplifié posé sur un coin de table (petite enceinte de monitoring ou enceinte multimédia, mais cette dernière est souvent moins sensible). Ampli de salon avec un cordon BF connecté sur une entrée ligne et qui arrive sur l'établi (à moins de travailler dans le salon, pas très pratique). Appareil autonome qui inclue le générateur de test et un petit ampli (avec HP), cela peut se trouver sous la dénomination de signal-tracer (exemple). Une enceinte amplifiée présente l'avantage de pouvoir garder les yeux sur le circuit sous test. Il faut toutefois que sa sensibilité d'entrée soit suffisamment grande car on a parfois besoin de vérifier la présence d'un signal BF de très faible amplitude. L'impédance d'entrée de ce HP amplifié d'appoint ne doit pas être trop basse, pour ne pas perturber de façon exagérée le montage sous test. Il n'est pas interdit d'ajouter à l'ampli, un petit préampli à transistor FET (style préampli guitare), qui pourra apporter un peu de gain et une impédance d'entrée élevée.

Oscilloscope "autonome"

Ce fameux instrument qu'on appelle l'oeil de l'électronicien... Quand on peut se permettre d'en avoir un, c'est un plus indéniable ! Disons que pour une recherche de panne ponctuelle, le petit ampli BF peut suffire. Ce dernier permet en effet de "sentir" si un signal audio est ou non présent au point de test. Mais il ne permet pas de vérifier l'intégrité du signal. Rappelez-vous que dans notre contexte, nous avons besoin de déterminer l'emplacement d'un étage défectueux, pas de faire une mesure de qualité. L'oscilloscope sera un bon choix si vous vous intéressez sérieusement à des circuits qui comportent des réglages, ou pour du dépannage en général.

Oscilloscope "carte son"

Il est possible d'utiliser l'interface audio de son ordinateur avec un logiciel de type oscilloscope. C'est plus limité qu'un vrai oscilloscope, mais pour le domaine audio cela peut dépanner. Il faut juste se rappeler que les interfaces audio standards (interfaces externes premier prix ou chipset inclus sur la carte mère) n'offrent pas des performances extrêmes et qu'on ne peut pas espérer faire des mesures sérieuses, surtout en bas et haut de bande. Deux points sont à retenir :
- la "sensibilité" d'entrée dépend des interfaces audio et des réglages associés (via drivers ou console mixage Windows). Vous ne pouvez pas utiliser directement une entrée audio pour visualiser un signal de forte amplitude, à moins d'ajouter un atténuateur BF (20 dB à 40 dB suffisent généralement).
- même si cela reste rare, certaines interfaces audio ne possèdent pas de condensateur de liaison en entrée, ce qui impose l'ajout d'un condensateur externe pour bloquer toute composante continue éventuellement présente dans le signal audio à visualiser. La valeur de ce condensateur additionnel n'est pas très critique, elle peut être de 100 nF à 22 uF. Notez simplement que plus sa valeur est faible et plus la fréquence de coupure remonte dans le haut du spectre (on se retrouve donc avec moins de graves), ce qui n'est pas critique dans une démarche de suivi de signal.
Bref, l'usage d'une carte son en tant qu'oscilloscope est une bonne idée, mais je conseille tout de même l'usage d'une interface externe à bas coût, c'est moins douloureux si on fait une fausse manip et qu'on grille une entrée audio. Auriez-vous deviné tout seul que cela est arrivé à l'entrée audio de mon PC portable pendant une séance de mesure de bande passante sur un circuit défectueux ?

Suivi du signal

Avant d'aller plus loin, un pré-requis se dessine : vous devez avoir un minimum de connaissances dans les circuits électroniques, et savoir lire un schéma, ou tout du moins savoir faire le lien avec les composants implantés sur le circuit imprimé. Autant le dire tout de suite : si vos connaissances sont limitées et que vous ne disposez pas du schéma de l'appareil à dépanner, la tâche sera compliquée. Et croyez-moi, il n'est pas dans mes habitudes de dire que les choses sont compliquées.

Où chercher  ?

Une fois le schéma sous les yeux, il faut trouver où poser la pointe de touche (l'âme centrale du câble audio soudée à une aiguille de couturière et relié à votre ampli BF, ou extrémité d'une sonde d'oscilloscope). On peut bien sûr s'amuser à sonder plein d'endroits, mais comment déterminer si l'absence de signal à tel ou tel endroit est normal ? Le dépannage devient plus simple avec l'expérience, tout du moins pour les problèmes pas trop vicieux. Voici un exemple de circuit sur lequel on peut faire ses armes : sur le schéma sont reportées des "lettres repère" (points test PT) que nous allons analyser une par une.



Cas d'école : ce circuit ne sort plus rien sur J2 quand on applique un signal test de 500 Hz / 200 mVcac sur son entrée J1 (200 mVcac = amplitude crête-à-crête). Voici les relevés que l'on devrait avoir en régime statique (valeur DC, quand aucun signal audio n'est appliqué à l'entrée) et en régime dynamique (valeur AC, avec un signal BF appliqué à l'entrée), pour chacun des points tests TP (lettres bleues de A à I). Bien entendu, les valeurs données sont valables pour ce schéma précis. Mais les explications qui suivent indiquent pourquoi on trouve ces tensions statiques (DC) et amplitudes dynamiques (AC) relevées par rapport à la masse (0 V) et avec une alimentation de +9 V. Les mesures dynamiques (AC) peuvent être effectuées avec un oscilloscope ou avec un multimètre numérique si ce dernier peut travailler à la fréquence du signal d'entrée (à vérifier dans la notice utilisateur).
Remarque : si vous utilisez un multimètre numérique dont la bande passante en calibre AC est limitée à 200 Hz, rien ne vous empêche de baisser la fréquence du signal de test. Après tout, ce montage audio est censé passer du 200 Hz, non ?

Relevés

• PT A : DC = 0 V, AC = un peu moins de 200 mVcac - Le transistor Q1 est de type FET, très haute impédance d'entrée. La broche G (Gate) sur laquelle on applique le signal d'entrée, est quasiment isolée du reste du montage, y compris des broches D (Drain) et S (Sources) du même transistor. Aucune tension continue de polarisation n'est appliquée sur cette broche G (cela aurait été le cas avec un transistor bipolaire comme le BC109). La tension continue en ce point est donc nulle. L'impédance d'entrée est fixée par la valeur de R2 qui fait ici 1 MO. Les deux résistances R2 et R1 forment un pont diviseur résistif qui atténuent un peu le signal d'entrée (environ 0,6 dB). La présence de R1 n'est pas impérative mais protège le transistor Q1 contre d'éventuelles surtensions à l'entrée.
• PT B : DC = entre +4 V et +5 V, AC = environ 4 V cac - L'étage d'entrée basé sur Q1 apporte un gain de +26 dB environ, ce qui grosso-modo correspond à un rapport de 20 (+20 dB => 10x et +6 dB => 2x). On doit donc trouver un signal dont l'amplitude est nettement plus importante que celle du signal appliqué à l'entrée (200 mV * 20 = 4000 mV). La tension continue au repos doit être comprise entre +4 V et +5 V pour bénéficier d'une bonne excursion du signal amplifié entre les bornes d'alimentation qui sont de 0 V au min et de +9 V au max. L'idéal est d'avoir 4,5 V au point B, mais si cette valeur est un peu plus faible ou plus élevé ça n'a pas une très grande importance. Par contre, une valeur de +2 V ou +8 V n'est pas normale (le transistor Q1 peut être mis en cause dans ce cas).
• PT C : DC entre +0,6 V et +1,2 V, AC = amplitude faible, de quelques dizaines de mV - Le signal amplifié ressort sur sa broche D (Drain), sur la broche S (Source) on dispose d'un signal de bien moindre amplitude. En l'absence du condensateur C2, le gain de l'étage d'entrée (basé sur Q1) chute de +26 dB à +10 dB environ.
• PT D : DC = +4,5 V, AC = 0 Vcac - En ce point, et ce contre toute apparence, l'amplitude du signal utile est minime, nulle en théorie. Ne soyez donc pas surpris de trouver là un signal inexistant (ou alors tout rikiki et très déformé, d'autant plus notable qu'on monte en fréquence). La théorie de l'AOP nous apprend en effet que les bornes d'entrée [+] et [-] sont "virtuellement raccordées" entre elles. Or, l'entrée positive [+] est ici portée à un potentiel de +4,5 V, qui correspond à la moitiée de la tension d'alimentation de +9 V (masse virtuelle). 
• PT E : DC = +4,5 V, AC = 0 Vcac - Même chose que sur la broche [-] du même AOP, mais en plus flagrant encore. Là, on ne doit pas du tout voir de résidu du signal amplifié, on doit juste trouver une tension continue de +4,5 V.
• PT F : DC = +4,5 V, AC = entre 0 Vcac et signal de plusieurs Vcac écrêté. Le signal d'entrée a été volontairement choisi avec une amplitude élevée. Avec le gain du premier étage à transistor, on dispose déjà d'un signal niveau ligne parfaitement exploitable et il n'est pas forcément utile de l'amplifier davantage. Bon, ici on le fait, on apprend plus de choses. En ce point F, qui correspond à la sortie du premier AOP (U1:A) on doit retrouver notre signal d'entrée avec une amplitude qui dépend de la position du potentiomètre RV1. Placez le curseur de ce composant du côté de la sortie (point F) et le gain devient une atténuation (RV1 = 0 et R5 = 22 kO, valeur de gain Av = RV1/R5 inférieure à 1, donc atténuation).
• PT G : Mêmes remarques que pour le point D, le côté sexy en plus.
• PT H : Mêmes remarques que pour le point E.
• PT I : DC = +4,5 V, AC = entre 0 Vcac et signal de plusieurs Vcac écrêté. On doit trouver ici la même chose qu'au point F, sauf que le signal utile voit sa polarité opposée (rotation de phase de 180 degrés) par rapport à celle qu'on a au point F. Le gain de cet étage est fixé à 1 (0 dB), c'est pourquoi l'amplitude des signaux est identique en F et I.

Après avoir effectué tous les relevés, on se rend compte que le signal sort bien amplifié sur le drain du transistor Q1, mais qu'il n'y a plus rien en sortie du premier AOP. Le circuit intégré U1 est peut-être défectueux, on peut aussi avoir affaire à un problème de soudure sèche (vieille soudure qui ne fait plus contact, ou alors par intermittence). Vérifier l'état des soudures et les refaire, le cas échéant. S'il faut remplacer U1 et qu'il n'y avait pas de support de circuit intégré, c'est peut-être le moment d'en ajouter un.

Historique

18/05/2014
- Ajout infos "oscilloscope sur carte son ordinateur".
05/01/2014
- Première mise à disposition