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Electronique > Réalisations > Affichage / Mesures > Vumètre 014

Dernière mise à jour : 24/02/2009

Présentation

Vumètre 10 leds à circuit intégré, pour visualisation niveau en sortie amplifiée HP d'un amplificateur BF (mini 2 W, maxi 100 W), basé sur l'emploi d'un LM3915. Alimentation requise : entre +12 V et +18 V, régulation interne en +9 V.



Ce vumètre est doté de trois réglages totalement indépendants :
- réglage de la sensibilité d'entrée, pour s'adapter à différentes puissances de sortie de divers amplificateurs BF;
- réglage du seuil mini, à partir duquel la première led s'allume;
- réglage du seuil maxi, pour lequel la dernière led s'allume.
Et comme il s'agit du LM3915, vous avez droit à une échelle de type logarithmique et à la possibilité de choisir entre mode d'affichage point (une seule led allumée à la fois) et mode d'affichage baregraphe (ou ruban, nombre de leds allumées dépendant de l'amplitude du signal appliqué à l'entrée). Autre schéma de type similaire avec branchement direct sur HP mais sans réglage, sur la page Wattmètre audio 001.

Schéma

Le voici dans son intégralité, redresseur BF et régulation d'alimentation compris.

Le circuit d'affichage

Réduit à sa plus simple expression, puisque basé sur un LM3915 comportant déjà tous les comparateurs et résistances permettant de définir les différents seuils d'allumage des dix leds qu'il peut piloter. Ont été ajoutés à ce circuit spécialisé d'affichage, les élements de réglage suivants :
- un cavalier JP1 qui permet de choisir le mode d'affichage. Si JP1 est en place, l'affichage se fait en mode barre (BAR), et si JP1 est retiré (broche 9 du LM3915 laissée en l'air), l'affichage se fait en mode point (DOT).
- un potentiomètre RV2 qui permet de régler la tension de seuil bas Vlo, et donc de définir la tension continue minimale à appliquer à l'entrée principale du circuit (broche 5) pour que la première led D1 s'allume.
- un potentiomètre RV3 qui permet de régler la tension de seuil haut Vhi, définissant la tension continue à appliquer à l'entrée principale du circuit (broche 5) pour que la dernière led D10 s'allume.
En jouant sur RV2 et RV3, vous pouvez ainsi rétrecir ou élargir la plage de fonctionnement du vumètre, et adapter ainsi le circuit à un grand nombre de situations.

Le circuit de redressement

Le circuit d'affichage LM3915 réclame sur son entrée principale (broche 5) une tension continue, et le signal audio disponible en sortie HP de l'amplificateur BF sur lequel on se raccorde, est de type alternatif. Il y a donc nécessité de procéder à un redressement du signal alternatif pour en obtenir une tension continue de valeur proportionnelle, c'est le rôle confié aux diodes D11 et D12, et au condensateur C2. Un potentiomètre RV1 est prévu dès l'entrée, avant le redresseur, afin de diminuer le cas échéant l'amplitude du signal d'entrée, si ce dernier était trop élevé. Ce potentiomètre est précédé du condensateur de liaison C1 destiné à supprimer toute composante continue résiduelle que l'on peut parfois trouver en sortie d'ampli. Ce condensateur assure en même temps avec le potentiomètre RV1, un filtre passe-haut : si vous souhaitez que le vumètre réagisse moins sur les fréquences graves, diminuez la valeur de ce condensateur (par exemple 220 nF). Le transistor Q1 est monté en suiveur : on retrouve sur son émetteur et en basse impédance, la tension redressée disponible aux bornes de C2. Ce transistor n'est pas à vrai dire absolument indispensable, on ne le trouve d'ailleurs pas dans les réalisations les plus simples, où le signal redressé va directement à l'entrée du LM3915. Je l'ai mis là un peu par précaution, pour protéger le LM3915 en cas de très fort niveau en sortie HP. Bien sûr, vous me direz qu'une diode zener aurait largement suffit. Mais on a tous ses petits défauts.

Temps de réaction de l'affichage

Suite à la remarque tout à fait justifiée d'un internaute qui a réalisé ce vumètre, j'ai ajouté après coup une résistance de 680 KO en parallèle sur le condensateur C2, en vu d'accélerer sa décharge lors de fortes crêtes de modulation, et d'avoir ainsi un suivi d'affichage de meilleur qualité. Cette résistance (R5 sur le schéma) pourra prendre n'importe quelle valeur entre 470 KO et 1 MO, selon vos préférences visuelles. Pour rendre la chose ajustable, vous pouver câbler (à la place de R5) une résistance fixe de 470 KO en série avec un potentiomètre ajustable de 470 KO.

Le régulateur de tension

Le LM7809, régulateur de tension positif de +9 V, a été ajouté pour permettre un fonctionnement avec une tension plus élevée, car le LM3915, en mode d'affichage baregraphe, est lié à une contrainte de dissipation thermique (échauffement) quand toutes les leds sont allumées en même temps, qu'il vaut mieux ne pas dépasser. Et selon le fabricant, il est plus que recommandé de ne pas dépasser la tension d'alimentation de +9 V dans ce mode d'affichage si le courant traversant chaque led est de 10 mA. Si la tension d'alimentation dont vous disposez est précisement de +9 V, vous pouvez sans regret supprimer ce régulateur de tension et faire un strap entre les deux points qui auraient accueilli son entrée (borne 1) et sa sortie (borne 3).

Essais et réglages

Dans un premier temps, positionner les potentiomètres comme indiqué ci-après :
- RV1 positionné au maximum, c'est à dire curseur côté C1.
- RV2 positionné au minimum, c'est à dire curseur côté masse.
- RV3 positionné au maximum, c'est à dire curseur côté +9 V.
Ainsi réglé, le vumètre est configuré avec une sensibilité maximale et une plage de fonctionnement maximale. La première led D1 s'allume pour une tension Vin (en broche 5 du LM3915) de 0,4 Vdc environ, ce qui correspond grosso-modo à une tension d'entrée de 0,65 Veff (Veff = tension efficace, donc environ 1,8 Vcac, Vcac = tension crête à crête). Une telle tension est obtenue pour une puissance d'environ 0,8 W sous 4 ohms, ou de 0,4 W sous 8 ohms, ou de 0,27 W sous 12 ohms. Pour ce qui est de la dernière led D10, elle ne s'allume pas... on verra après pourquoi. L'avant dernière led D9 s'allume pour une tension Vin (en broche 5 du LM3915) de 6,4 Vdc environ, ce qui correspond grosso-modo à une tension d'entrée de 3,12 Veff (Veff = tension efficace, donc environ 8,8 Vcac, Vcac = tension crête à crête). Une telle tension est obtenue pour une puissance d'environ 20 W sous 4 ohms, ou de 10 W sous 8 ohms, ou de 6,5 W sous 12 ohms. Pourquoi la dernière led ne s'allume pas avec ces réglages particuliers ? Tout simplement parce que la tension de référence haute Vhi est de 9 V, et que la tension d'entrée devrait être de 9 V pour allumer D10. Or, le transistor Q1 à son collecteur relié au +9 V, et la tension disponible sur son émetteur ne peut pas aller au delà de cette tension à laquelle est soustraite la valeur de 0,6 V (tension base-émetteur). La tension sur l'émetteur de Q1 ne peut donc jamais dépasser 8,4 V, même si en base de Q1 on trouve une tension largement supérieure. Pour que la led D10 puisse s'allumer, il faut que le potentiomètre RV3 soit réglé pour fournir sur la patte 6 (RHI) du LM3915, une tension continue de +8,4 V. Comme vous avez tout suivi et tout compris, une tension Vhi plus faible contribura à faire s'allumer la led D10 plus tôt et donc pour une puissance de sortie ampli plus faible. Si le curseur de RV3 est positionné au minimum, c'est à dire côté R3, la tension Vhi n'est que de +1,36 V, et la led D10 s'allume pour une tension d'entrée de 1,12 Veff (2,5 W sous 4 ohms, ou 1,3 W sous 8 ohms, ou 0,85 W sous 12 ohms). En conclusion, il est possible d'étaler la plage d'affichage comme on le souhaite, pour que la dernière led D10 s'allume au niveau de puissance désiré. On pourrait alors se demander à quoi sert RV1, qui pourrait être perçu comme doublon. Il est vrai que RV3 permet d'adapter le vumètre pour des puissances comprises entre 1 W et 20 W, mais qu'en est-il pour des puissances supérieures ? C'est là que RV1 à son interêt : atténuer si nécessaire le signal d'entrée pour pouvoir travailler confortablement avec la pleine échelle d'affichage sans avoir à potionner RV3 en buté. Pour finir avec ce paragraphe, disons que RV1 devra être positonné quasiment à fond pour des puissances de quelques watts, qu'il devra être positionné à mi-chemin pour des puissances supérieures à 15 W ou 20 W (c'est juste un ordre de grandeur puisque la tension d'entrée, pour une puissance donnée, dépend de l'impédance réelle du HP raccordé en sortie de l'ampli). Et qu'il devra être de préférence positionné au quart de sa course totale pour une puissance supérieure à 40 W. Notez bien que si RV1 et RV3 permettent tous deux de jouer sur la plage d'affichage totale, je recommande toutefois d'ajuster RV3 de sorte que la tension Vhi soit comprise entre 4 V et 8 V. Pour ce qui est de RV2, à vous de voir si son ajustage à une valeur autre que minimale vous plait; pour rappel, la tension délivrée par ce potentiomètre permet de spécifier pour quelle puissance d'entrée la première led s'allume. Et forcement, il y a là aussi une certaine interaction avec RV1. Bref, je vous laisse essayer tout ça, je suis sûr que vous allez vite trouver vos repères et un fonctionnement qui répond globalement à vos attentes. Et si vous ne savez plus où vous en êtes :
- RV1 positionné au maximum, c'est à dire curseur côté C1.
- RV2 positionné au minimum, c'est à dire curseur côté masse.
- RV3 positionné au maximum, c'est à dire curseur côté +9 V.

Prototype

Réalisé selon circuit imprimé proposé ci-après.



Pour tester le circuit, j'ai branché un HP sur la sortie casque d'un récepteur radio, et j'ai branché l'entrée du vumètre en parallèle sur ce HP externe.

Remarques concernant le proto

- Le circuit imprimé de la photo correspond à la première version, qui ne comportait pas encore la résistance R5 en parallèle sur C2 (cette résistance est ajoutée côté cuivre).
- Les leds sont cablées un peu basses sur le CI, et comme elles sont inférieures en taille au régulateur de tension, le circuit ne peut pas être monté facilement en boite. J'aurais pu bien sûr souder les leds côté cuivre, mais j'ai plus réalisé ce CI pour en vérifier le bon fonctionnement que pour un usage précis. Sur le circuit imprimé désormais proposé, les leds ont subi une rotation de 90 degrés leur permettant d'être câblées dans le même plan que le CI (j'avais procédé ainsi pour d'autres vumètres mais j'avais oublié ce détail pour celui-ci).

Circuit imprimé

Réalisé en simple face.


Typon version du 24/02/2009

Typon aux formats PDF, EPS et Bitmap 600 dpi

Historique

24/02/2009
- Première mise à disposition