Electronique > Réalisations > Interfaces > Interface opto audio 002
Dernière mise à jour : 28/11/2021Présentation
L'interface audio présentée ici permet de transmettre un signal audio d'un point à un autre, avec entre les deux points une excellente isolation électrique, puisque assurée par un optocoupleur.
Ce montage est de type monophonique mais devient stéréophonique dès l'instant où on le réalise en double exemplaire.
Contrairement à l'interface opto audio 001 qui fait un usage un peu détourné d'un optocoupleur "logique" de type 4N25, celle décrite ici met en oeuvre un optocoupleur linéaire de type HCNR200 (Agilent ou Avago) ou IL300 (Infineon ou Vishay) ou autre du même genre. L'idée n'est pas de montrer qu'on peut faire de la hifi avec un optocoupleur linéaire, mais de comparer des résultats avec ce qu'on aurait avec la solution simple à transformateur... bien plus simple à mettre en oeuvre et qui ne requiert aucune alimentation (perso, je préfère me casser moins la tête avec un transfo BF).
Avertissement
Le montage présenté ici n'a pas été réalisé en
pratique, mais simulé avec succès avec le modèle HCNR200.
J'ai toutefois dessiné un circuit imprimé pour pouvoir le tester In Real Life.
Schéma
La totalité de l'interface est représentée sur le schéma qui suit. On y voit la partie émission à gauche de la ligne séparatrice en pointillé, et la partie récepteur à droite de cette même ligne. Le point commun aux deux parties est l'optocoupleur U1 doté d'un émetteur de lumière et de deux récepteurs photosensibles.
Partie émission
La partie émission fait travailler la source lumineuse intégrée dans l'optocoupleur et utilise un de ses deux récepteurs photosensibles. Le signal audio à transmettre est appliqué sur l'entrée non inverseuse du premier AOP U1, tout en étant superposé à une tension de décalage d'environ 4 V grâce aux deux résistances R1 et R2. La valeur attribuée à ces résistances convient pour un signal audio dont l'amplitude est de quelques centaines de mV, ce qui correspond à un signal de niveau ligne grand public. Pour un signal audio pro de niveau ligne pouvant dépasser le volt, il faut baisser la valeur de R1 à 15 kO.
La sortie de AOP U1 attaque la source lumineuse de l'optocoupleur dans le sens passant avec une limitation de courant imposée par la résistance R4. Le courant circulant dans la LED d'émission suit les variations du signal audio appliqué à l'entrée. Au repos, ce courantl est de l'ordre de 12 mA si R1 = 22 kO, ou de l'ordre de 15 mA si R1 = 15 kO.
Le premier élement captant la lumière émise dans l'optocoupleur est câblé en inverse, il s'agit en effet d'une photodiode. Cette dernière est polarisée par la résistance R3 et la tension qui nait aux bornes de cette dernière est réinjectée dans l'AOP, via son entrée inverseuse. C'est cette contre-réaction qui permet de réduire le taux de distorsion global. Si la source du signal audio ne dispose pas d'un réglage d'amplitude, l'ajout d'un potentiomètre log (10 kO à 47 kO) monté en réglage de volume à l'entrée du montage sera conseillé.
Partie réception
Le second élement captant la lumière émise dans l'optocoupleur est lui aussi câblé en inverse, il s'agit là encore d'une photodiode. La résistance R5 convertit en tension le courant qui circule dans cette photodiode, tout comme le fait R3 pour la partie émission. La tension développée aux bornes de R5 est appliquée à l'entrée non-inverseuse du second AOP U2, qui est monté en suiveur de tension. On retrouve en sortie de cet AOP ladite tension mais cette fois sous basse impédance. Le condensateur de liaison C2 s'oppose au passage de la composante (tension) continue présente à tout instant, même en absence de signal audio en entrée.
Alimentation
Il est bien entendu hors de question d'utiliser une alimentation commune pour les deux parties émission et réception, c'est pourquoi on trouve deux masses distinctes appelées M1 (pour la partie émission) et M2 (partie réception) ainsi que deux lignes d'alimentation positive notées +12V-1 (partie émission) et +12V-2 (réception). Les deux masses M1 et M2 ne doivent pas être raccordées ensemble, il en va de même pour les deux sources d'alimentation +12V-1 et +12V-2.
Notez que j'aurais pu utiliser une alimentation symétrique des deux côtés pour compliquer le montage, mais le coeur n'y était pas. Dans le même esprit d'isolation, n'allez pas remplacer les deux AOP séparés par un unique boîtier "double AOP" qui en comporte deux...
Une LED signale la présence d'alimentation sur les deux parties émission et réception. La valeur élevée de leur résistance de limitation de courant (10 kO pour R102 et R202) n'est pas une erreur, j'ai utilisé des LED haute luminosité. Des résistance de valeur comprise entre 560 ohms et 1 kO conviennent pour des LED traditionnelles.
Choix des optocoupleurs
Les deux types d'optocoupleur HCNR200 et IL300 ne possèdent pas des caractéristiques techniques identiques, voici ce qui les différencie principalement :
- Courant max dans la LED (source lumineuse) de 25 mA pour le HCNR200 et de 60 mA pour le IL300. Cette différence peut inciter à faire des tests avec des valeurs différentes pour la résistance R4, selon le modèle d'optocoupleur choisi.- Tension inverse max sur photodiodes de 30 V pour le HCNR200 et de 50 V pour le IL300. Ici, aucune incidence puisque tension d'alim limitée à 12 V.
- Taux de transfert (CTR, Current Transfer Ratio) d'environ 0,50% pour le HCNR200 et d'environ 100% pour le IL300.
D'autres types d'optocoupleurs peuvent être utilisés en remplacement des deux proposés : HCNR201, TIL300 (Texas Instrument), IL388. Quasiment tous sont disponibles chez Farnell, Mouser et Digikey.
Performances
D'un point de vue bande passante et distorsion, le montage n'a pas de quoi rougir. On ne peut bien sûr pas espérer des caractéristiques hautement hifi d'une telle réalisation, mais jugez plutôt :
- Gain : globalement 0 dB (ni atténuation ni amplification) dans la bande audio 20 Hz à 20 kHz
- Bande passante : 20 Hz à 50 kHz à +/-1 dB
- Distorsion : 0,01% (-80 dB) dans la bande 20 Hz à 20 kHz, remontée à 0,1% à partir de 40 kHz (ce qui nous fait une belle jambe).
Performances obtenues en simulation plutôt alléchantes, non ? Mais qu'en est-il dans la réalité ? Bruit de fond et dynamique sont-ils aussi à la hauteur ? Pour le savoir, rien de tel qu'un petit prototype... qui pointera bien le bout de son nez un jour ou l'autre.
Circuit imprimé (PCB)
Réalisé en double face.
Typon (dessin du circuit imprimé) au format PDF
Historique
28//11/2021
- Ajout d'une cellule de découplage RC sur l'alimentation des parties émission et réception.
- Ajout dessin circuit imprimé (PCB).
11/12/2011
- Première mise à disposition.