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audio > Commutateur audio 020
Dernière mise à jour : 01/01/2017Présentation
Ce commutateur audio stéréo s'appuye sur deux circuits intégrés LF398(N), pas du tout prévus à l'origine pour faire de la commutation de sources mais de l'échantillonnage-blocage (Sample and Hold).
Mais comme ce coquin d'échantillonneur-bloqueur LF398 permet de couper les vivres au condensateur de mémorisation auquel on l'associe généralement, et que ce dernier est externe et qu'il peut donc être omis...
Avertissement
Montage expérimental, mais qui ne fonctionne pas si mal que ça. La bande passante est "normale" (10 Hz à 25 kHz), la distorsion est de l'ordre de 0,1% pour un niveau d'entrée de 0 dBu (775 mVeff) et comprise entre 1% et 2% pour un niveau d'entrée de +12 dBu. Le niveau de bruit est faible.Schéma
Un bien étrange circuit, si on en croit ses yeux.
Un LF398 pour la voie gauche et un autre pour la voie droite, voilà qui permet à cet ensemble de travailler avec une source stéréo (ou 2.0, appelez cela comme vous voulez).
Petit rappel sur le LF398
Le LF398 est un circuit intégré spécialement conçu pour faire de l'échantillonnage (Sample) et du blocage/maintien (Hold). L'idée de départ est de relier un condensateur "de mémorisation" entre la broche 6 et la masse dudit circuit. Dans le principe, l'échantillonnage consiste à connecter durant "un certain temps" l'entrée du circuit au condensateur au moyen d'un interrupteur interne au LF398. Si on applique une source audio à l'entrée et qu'on laisse l'interrupteur fermé, la tension aux bornes du condensateur suit celle qui représente le signal audio (il faut tout de même pour cela que la valeur du condensateur en question ne soit pas trop élevée, car il ne faut pas qu'il mette trop de temps pour se charger ou se décharger). Si en plein milieu de son morceau de musique préféré dont on fait profiter le condensateur, on ouvre l'interrupteur qui le relie à la source audio, le condensateur garde en mémoire (maintient) la tension qu'il avait à ses bornes au moment où l'interrupteur était sur le point de s'ouvrir. Dans notre application, point besoin de condensateur de mémorisation, on se sert juste de l'interrupteur intégré dans le LF398. La subtile question "Quelle valeur pour le condensateur de mémorisation" pourra donc être posée plus tard, de préférence après la pause déjeuner.Pourquoi autant de foin autour des LF398 ?
Le montage suivant (schéma 020b) fonctionne, alors pourquoi diable s'encombrer d'autant de composants additionnels ?
Tout dépend de ce qu'on appelle "fonctionner". Certes, ce schéma simplifié fonctionne. Mais le taux d'atténuation, quand l'interrupteur interne au LF398 est ouvert, diminue au fur et à mesure que la fréquence du signal d'entrée augmente. Avec les valeurs de 10 kO données ici à R1 et R2, l'atténuation est d'environ -115 dB à 100 Hz, de -94 dB à 1 kHz (le datasheet indique -96 dB à 1 kHz), et de -74 dB à 10 kHz. Pour rappel, une atténuaion de -60 dB en tension correspond à un facteur 1000, et une atténuaion de -80 dB en tension correspond à un facteur 10000. En diminuant la valeur des résistances R1 et R2 à 100 ohms, on obtient une atténuation de -114 dB à 10 kHz, ce qui est tout bonnement génial. Oui, mais quand on ferme l'interrupteur du LF398, la perte d'insertion qui était auparavant de 0,2 dB passe alors à -12 dB. Oups ! Voilà donc ce qui m'a amené à avoir cette idée farfelue, que je vais maintenant décrire.
Retour au schéma 020...
Tout d'abord, précisions que nous sommes en présence d'un interrupteur (commutateur) piloté par une tension continue (Ucde) au "format TTL" : 0 V pour couper le son et +5 V pour le laisser passer. Sur le schéma, cette commande est matérialisée par l'inverseur mécanique SW1.- Ucde = 0 V -> commutateur ouvert, le son appliqué à l'entrée ne ressort pas sur la sortie
Dans ce cas, la tension Ucde est insuffisante pour faire conduire le transistor Q3, qui reste donc bloqué. Ceci étant, on retrouve une tension proche de +15 V sur son collecteur (grâce à R7), cette tension rend conducteurs les deux transistors à effet de champ (FET) Q1 et Q2. Comme ces derniers sont conducteurs, ils mettent en circuit les résistances R3 et R4 (R3 en parallèle sur R1 et R4 en parallèle sur R2). Le taux d'atténuation est alors très élevé, plus de 150 dB à 100 Hz (évidement en théorie) et plus de 100 dB à 20 kHz. - Ucde = +5 V -> commutateur fermé, le son appliqué à l'entrée ressort sur la sortie
Dans ce cas, la tension Ucde fait conduire le transistor Q3, et on retrouve une tension très faible sur son collecteur (environ 0,1 V). Cette tension n'est plus suffisante pour faire conduire les deux FET Q1 et Q2, ces derniers se bloquent et déconnectent donc les résistances R3 et R4. Le taux d'atténuation global revient ainsi à la normale saisonnière avec sa faible valeur de 0,2 dB.
A côté de ce petit tour de magie, nous trouvons quatre condensateurs de liaison, C1 et C2 en entrée, et C3 et C4 en sortie. J'ai associé des ponts diviseurs résistifs aux condensateurs d'entrée, pour polariser l'entrée des LF398 à Vdd/2.Au départ, je pensais naïvement que le LF398 pouvait travailler aussi bien avec des tensions d'entrée négatives que positives, et que donc un signal audio centré sur 0 V (masse) ne poserait pas de problème. Cela est vrai pour des signaux dans l'amplitude des crêtes ne dépasse pas 0,6 V en valeur absolue. Au-delà, forte distorsion sur les alternances négatives. Je soupçonne les diodes montées entre la sortie et l'entrée négative de l'AOP d'entrée du LF398 d'avoir leur part de responsabilité. La seule chose étrange à laquelle j'ai pensée pour compenser ce phénomène d'outre-tombe, a été de décaler vers le haut la référence "repos" du signal audio. Un petit pont diviseur R/R (R9/R10 et R11/R12, 100 kO chaque) pour disposer d'un point de polarisation à +Valim/2 (donc +7,5 V) et... ça roule ! Notez en passant que ce pont diviseur d'entrée ramène l'impédance d'entrée à 50 kO, on est donc loin des 10 GO d'entrée du circuit (valeur trop élevée et sans intérêt pour une application audio "ligne"). Après une telle opération, j'hésite un peu à vous dire ce qui se passe si au lieu d'utiliser une alim double (symétrique) on utilise une alim simple (rail alim -15V relié à la masse)... Allez zou, à vos fers à souder ou à votre "planche à pain" !
En conclusion...
Si en position "commutateur Off" la petite remontée du niveau BF (baisse du taux d'atténuation) dans les hautes fréquences ne vous gêne pas, et si l'amplitude du signal audio à commuter ne dépasse pas 1 V crête-à-crête, alors le schéma 020b suffit. Dans le cas contraire, je suis désolé mais c'est le schéma 020 qu'il faut se coltiner. Oh, j'allais oublier : l'impédance de sortie du LF398 est très faible, inférieure ou égale à 2 ohm. Evitez donc le court-circuit franc entre sortie et masse...Autre utilisation possible de ce circuit ?
Si vous appliquez un signal de commande périodique rectangulaire à TBF (Très Basse Fréquence, entre 1 Hz et 20 Hz par exemple) sur l'entrée Ucde, vous obtenez un "chopper" (découpeur audio). En accélérant la cadence du signal de commande (domaine audio 20 Hz à 20 kHz ou au-delà), vous obtiendrez un son très particulier typique du "découpage brut". A ce stade, rien ne vous empêche de (re)mettre un petit condensateur entre la broche 6 des LF398 et la masse (valeur à expérimenter, 100 pF à 100 nF) pour "maintenir la tension dans les trous". Effet utilisé dans certains synthés analogiques.Circuit imprimé
Non réalisé (ne fait pas partie de mes bonnes résolutions pour 2017).Historique
01/01/2017- Première mise à disposition.