Dernière mise à jour :
04/09/2016
Présentation
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Présentation
Cette page parle des condensateurs qui assurent une
liaison entre deux étages audio, mais le principe s'applique à des
domaines non audio (vidéo par exemple).
Pourquoi mettre un condensateur dans le trajet du signal ?
Plusieurs raisons à cela :
- Pour réduire le domaine des fréquences (bande
passante) des signaux à faire passer
- Pour empêcher une tension continue de passer d'un
étage à l'autre
- Pour empêcher un potentiomètre de réglage (de
volume par exemple) de cracher
Pour réduire le domaine des fréquences (bande
passante) des signaux à faire passer
Autrement dit laisser
passer certaines fréquences et en atténuer ou en bloquer
d'autres. En effet, un condensateur de liaison, associé à
l'impédance d'entrée de l'étage qui fait suite,
constitue un
filtre
audio de type passe haut basique.
Pour empêcher une tension continue de passer d'un
étage à l'autre
La plupart du temps pour simplifier la
conception du circuit. Un montage audio est en effet souvent
constitué de plusieurs étages, et chaque étage
comporte des composants qui ont été calculés pour
un fonctionnement optimal. Le condensateur laisse passer le signal
audio (alternatif) et bloque toute tension continue (de polarisation
par exemple). Dans le schéma montré en exemple
ci-après, un signal BF (alternatif) d'amplitude 2V est
superposé à une tension continue fixe de +5V (plage de
variation de tension comprise entre 4V et 6V), ces deux tensions sont
appliquées en même temps au condensateur (point A). Au
point B, la tension continue a disparu, il ne reste plus que le signal
BF "utile" (plage de variation de tension comprise entre -1V et +1V).
Il est tout à fait possible de se
passer de condensateur de liaison pour relier plusieurs étages
électroniques entre eux (au stade de la conception) mais cela complique
énormément le calcul des
composants, et demande une grande maîtrise (grande expérience
serais-je tenté de dire) du comportement de l'ensemble, notamment
lors de
variations de température.
Pour empêcher un potentiomètre de réglage (de
volume par exemple) de cracher
La présence d'une tension
continue sur un potentiomètre est en effet fortement
déconseillée, si vous voulez que ce dernier ait une
durée de vie décente. A noter qu'il faut quasiment
toujours mettre un condensateur à l'entrée du
potentiomètre (extrémité), comme à sa
sortie (curseur), car une tension continue peut parfaitement venir de
l'étage qui précède ou de l'étage qui suit.
L'ajout de deux condensateurs pour un simple potentiomètre de
volume devrait être, vous vous en doutez, évité au
possible, ne serait-ce que pour éviter la résultante
complexe d'impédance qu'ils introduisent (une
différenciation suivie d'une intégration), provoquant
principalement de la distorsion de phase (et en bout de bande,
ça s'entend particulièrement bien). La meilleure solution
est de s'arranger pour qu'aucune tension continue ne parvienne au
potentiomètre, en utilisant par exemple des AOP avec correction
d'offset.
Quel condensateur choisir ?
Cela dépend des moyens que l'on veut bien y mettre et du contexte
d'utilisation.
Pour un montage audio
"normal"
Cela dépend de la valeur du condensateur. En règle
générale, la valeur d'un condensateur de liaison
placé à l'entrée d'un montage audio est assez
faible, comparativement à la valeur d'un condensateur de liaison
placé sur une sortie. Cela se conçoit assez aisément :
l'impédance d'une entrée est généralement
élevée, alors que l'impédance de sortie est en
général faible. La valeur du condensateur est choisie en
fonction de cette impédance, de telle sorte que la
fréquence de coupure du filtre (créé par le
condensateur et l'impédance) ne gêne pas le passage des
fréquences audio désirées. Globalement, on peut
dire que jusqu'à la valeur de 1 uF, il est
préférable de prendre des
condensateurs non polarisés à film de type MKS, MKP, MKT
ou MKC. Ne pas utiliser si possible de condensateurs céramiques,
qui possèdent une non-linéarité assez
élevée. Au
delà de 1 uF, on choisira des condensateurs chimiques, et on
évitera les tantales qui peuvent ajouter une distorsion bien
plus
importante s'ils sont incorrectement polarisés (au moins 1% de
distorsion contre 0,01% à 0,1% pour les chimiques aluminium). A
noter cependant que j'ai récemment (09/04/2009) eu un retour d'un
passionné d'audio qui a essayé de nouveaux condensateurs
au tantale solide (hermetically sealed), qui ont fait très bon
effet. Pourquoi éviter l'emploi de condensateurs de type plastique non
polarisés de très haute qualité au-delà de 1 uF ? A cause de
l'encombrement et du prix, tout simplement. En usage pro par contre,
aucun souci, vous pouvez sans problème monter en parallèle quatre (ou
plus) gros condensateurs de 1 uF non polarisés. Si vous allez fouiller
dans les schémas audio haut de gamme de Elektor, vous constaterez qu'il
s'agit même d'une technique assez "courante". Mais attention tout de
même, on
parle ici de condensateurs dont la valeur totale peut grimper à
quelques uF. Il va (presque) de soi qu'on ne va pas envisager la mise
en parallèle de 100 condensateurs de 1 uF pour en obtenir un équivalent
de 100 uF ! A partir d'un moment, il faut bien faire la bascule vers le
condensateur chimique.
Pour un montage audio
"haut de gamme"
Pour les faibles valeurs, même chose qu'avant : des
condensateurs non polarisés au téflon ou styroflex (MKS)
sont excellents et largement conseillés. Ceux au
polypropylène (MKP) sont aussi très bons, suivis de
près par les MKT et les MKC. Pour les fortes valeurs (disons pour fixer
un ordre de grandeur à partir de 5 uF ou 10 uF), l'usage
de condensateurs "dédiés audio", de marque Elna ou
BlackGate par exemple, sont recommandés. A noter la
possibilité (si ce n'est un bon conseil) de placer un
condensateur de type MKS de faible valeur (100 nF par exemple) en
parallèle avec le condensateur de forte valeur, afin
d'améliorer le comportement en régime impulsionnel.
C'est une technique également employée pour le
découplage des alimentations, qui donne de très bons
résultats car chacun travaille dans son domaine de compétence.
Condensateurs polarisés
ou non
polarisés ?
Certains montages haut de gamme utilisent des condensateurs bipolaires
(non
polarisés, souvent dénomés NP), qui
représentent une excellente solution aux problèmes de
polarisation et de distorsion qui y sont liés. Si vous devez
utiliser un tel composant et que vous n'en trouvez pas (ou si celui que
vous avez trouvé est d'un prix trop élevé pour
votre bourse), vous pouvez utiliser deux
condensateurs montés tête-bêche. Deux condensateurs
polarisés montés ainsi sont équivalents à
un seul condensateur non polarisé (le signe - de "C1-C2" indique
l'association en série des deux condensateurs, et non pas une opération
algébrique).
Cela n'est pas aussi sexy, ça occupe un peu plus de place, mais
c'est une solution de secours. Notez en passant que la capacité
résultante de deux condensateurs de même valeur ainsi montés en
série équivaut à la moitié d'un seul. Les
deux condensateurs de 220 uF du schéma précédent
équivalent donc à un condensateur unique de 110 uF.
Valeur d'un condensateur de liaison
Un condensateur de liaison C forme un filtre passe-haut (coupe-bas)
avec la résistance d'entrée R (ou impédance d'entrée Z) du
circuit qui fait suite. La valeur de ce condensateur dépend donc de la
fréquence de coupure Fc désirée dans le bas du spectre,
selon la formule suivante :
Fc = 1 / (2 * Pi * R * C)
ou, quand la formule est retournée :
C = 1 / (Fc * 2 * Pi * R)
D'une manière générale et en basse fréquence, on se retouve souvent
avec quatre ordres de grandeur d'impédance d'entrée (ou de charge) :
- impédance "très faible", entre 2 et 16 ohms (haut-parleur)
- impédance d'entrée "faible", 200 à 2 kO (entrée microphone)
- impédance d'entrée "moyenne", entre 10 kO et 100 kO (entrée ligne)
- impédance d'entrée "haute", supérieure à 300 kO (entrée instrument /
Hi-Z)
Pour une même fréquence de coupure, la valeur du condensateur de
liaison peut varier dans de grandes proportions puisqu'elle dépend de
l'impédance d'entrée. Fixons par exemple la fréquence de coupure à 10
Hz et calculons la valeur du condensateur de liaison C requise pour
quatre valeurs différentes de résistance d'entrée R.
- Si R = 4 ohms, alors C = 1 / (10 * 6,28 * 4) =
0.00398 F = 3980 uF
- Si R = 600 ohms, alors C = 1 / (10 * 6,28 * 600)
= 0.0000265 F = 26 uF
- Si R = 10 kO, alors C = 1 / (10 * 6,28 * 10000)
= 0.00000159 F = 1,6 uF
- Si R = 1 MO, alors C = 1 / (10 * 6,28 * 1000000)
= 0.000000016 F = 16 nF
Cela explique qu'on trouve souvent des valeurs assez "faibles" en
entrée d'un préampli BF, et des valeurs assez "élevées" en sortie d'un
ampli BF.
Pourquoi l'ajout d'un condensateur de liaison occasionne-t-il
parfois des "Plops" ?
Cela est lié à des différences de tension
existantes sur les deux pattes d'un condensateur. Pour être plus
précis, cela est souvent causé par l'absence de
référence de potentiel sur au moins une des deux bornes
du condensateur. Pour mieux comprendre, examinons le dessin suivant,
qui pourrait représenter la sortie d'une console audio que l'on
souhaiterait raccorder sur l'entrée d'un ampli de puissance. Le
condensateur C1 est situé en bout de chaîne de la console de
mélange (sortie principale) et le condensateur C2 est
placé juste à l'entrée de l'ampli de puissance.
Supposons que l'électronique qui précède le
condensateur de sortie de la console (point A de C1) laisse "traîner"
une tension continue de +6V. Cette tension ne doit pas être
transmise à la sortie de la console, et c'est la raison
principale pour laquelle le constructeur de cette console a
décidé de mettre un condensateur à cet endroit. Le
point B de C1 est laissé en l'air, sauf quand la sortie est
raccordée à quelque chose. Côté ampli, le
constructeur, qui s'est dit "Avec tous ces sagouins de concepteurs, il
ne
serait pas très surprenant qu'une tension continue arrive sur
l'entrée de mon ampli, et cela m'embête bien. Je vais donc
ajouter un condensateur d'entrée, afin de pallier cette
éventualité". Et de ce côté-ci, on se
retrouve avec un condensateur C2, dont le potentiel de la patte B est
de +1V parce que l'électronique qui suit fait en sorte que ce
soit ainsi, et la patte A se retrouve en l'air, sauf bien sûr
quand l'entrée est raccordée à quelque chose. Vous
commencez à percevoir les choses ? D'un côté nous
avons +6V, de l'autre, nous avons +1V. Et au raccord des deux,
qu'avons-nous ? Eh bien c'est là le problème ! Une
tension "bâtarde", qui va dépendre des courants de fuite des
condensateurs, et se traduire par des variations plus ou moins
aléatoires de la composante continue, pouvant provoquer de
brusques montées ou
descentes de la tension au point B. Appareils connectés, cela se
traduit par un son "mou", voire distordu sur les crêtes. Lors de
l'interconnection des appareils, cela peut se traduire par des plops.
La solution ? Fixer le potentiel des pattes des condensateurs à
une valeur connue, de telle sorte que les condensateurs soient toujours
dans un état "stable", d'un point de vue polarisation en
continu. La plupart du temps, il suffit d'ajouter une résistance
d'assez forte valeur (100K à 1M) entre ladite patte et la masse,
pour fixer le potentiel à zéro volt, comme le montre le
dessin suivant (les deux constructeurs ont finalement eu la bonne
idée au même moment, mais cela coûte, de rajouter une
résistance, vous savez). En procédant ainsi, tous les
courants de fuite des condensateurs sont véhiculés
à la masse.
De la sorte, le potentiel des pattes des condensateurs qui restaient en
l'air est désormais fixé à zéro volt des
deux côtés, le "heurt" de la connexion des deux appareils
sera moins brutal.
Remarques
- Si vous avez compris le rôle des condensateurs de liaison,
vous vous demandez sans doute s'il ne serait pas judicieux d'en
supprimer un quand il y en a deux en série. Et bien bravo, vous
avez gagné ! Il faut juste oser ouvrir un des appareils et
opérer... en admettant bien sûr que les deux
équipements en question sont mariés pour la vie !
- Si vous constatez qu'aucune résistance n'est
installée comme vue précédemment, ni sur la sortie
du premier équipement, ni sur l'entrée du second, vous
pouvez en ajouter une (de 100K)... dans un des connecteurs du cordon de
liaison. Avantage : on n'ouvre ni ne chatouille aucun des deux
équipements !