Alimentation 110 VAC / 50 Hz pour Platine Vinyle GENE_SINUS 1.0

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Micheline Arlette Gravel
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Alimentation 110 VAC / 50 Hz pour Platine Vinyle GENE_SINUS 1.0 1 Introduction Figure 1 GENE_SINUS 1.

1 Alimentation 110 VAC / 50 Hz pour Platine Vinyle GENE_SINUS Introduction Figure 1 GENE_SINUS 1.0 L objectif du projet est de réaliser une alimentation 110 VAC / 50 Hz pour alimenter une platine vinyle Thorens TD 160 dont le moteur est directement alimenté par le secteur. En fait le moteur est alimenté en 110 VAC et une résistance de 4,7 Kohms fait chuter la tension de 220 VAC à 110 VAC. Le 50 Hz est généré par un couple microprocesseur + convertisseur digital analogique piloté par quartz, ce qui lui confère une stabilité en fréquence bien supérieure à celle du secteur. La version présentée ici est basique (110 VAC, 50 Hz) et n offre pas d options, cependant le concept même permet d envisager, à partir de la même plateforme, les évolutions suivantes : Génération 50 Hz ou 67,5 Hz pour une commutation 33,33 tours / 45 Tours électronique Variation de la fréquence autour de la fréquence de référence 50Hz ou 60 Hz pour faire fonctionner la platine à travers le monde Augmentation momentanée de la tension de sortie au démarrage de la platine CGaudio 2009 GENE_SINUS 1.0 1

2 Note : ce montage s inspire d un article publié sur internet : TTPSU - Power supply for turntables with AC motors 2 Avertissement Ce projet met en œuvre des tensions très dangereuses ( mortelles). N entreprenez pas ce projet sans de solides connaissances en électronique. Le montage doit être installé dans un boitier relié à la terre L auteur décline toute responsabilité en cas d accident. 3 Conception Le bloc-diagramme ci-dessous identifie les trois principaux sous-ensembles du GENE8SINUS 1.0 : Figure 2 Architecture GENE_SINUS 1.0 Le premier bloc est le générateur sinus proprement dit basé sur un microprocesseur PIC 16F84 tournant à 4 MHz qui pilote un convertisseur digital analogique 8 bits. Chaque période, soit 20 ms, est décomposée en 200 étapes ou CGaudio 2009 GENE_SINUS 1.0 2

3 le up va chercher la valeur du sinus dans une table. Après conversion, le signal est filtré pour éliminer le bruit lié à l échantillonnage. Le deuxième bloc est l amplificateur de puissance qui alimente un transformateur monté en élévateur de tension. Enfin le troisième bloc est l alimentation qui génère du +/- 17 VDC pour le filtre et l amplificateur et du 5 VDC pour le microprocesseur. 3.1 Le générateur sinus Le schéma du générateur sinus est basé sur deux blocs : Le microprocesseur Le convertisseur digital analogique Figure 3 Microprocesseur + DAC Le microprocesseur est piloté par un quartz à 4 Mhz. Cette fréquence, est utilisée pour générer une interruption toute les 100 us. A chaque interruption, le microprocesseur envoie sur le port B (BR0 RB7) une des 200 valeurs stockées en mémoire qui décrivent la sinusoïde et incrémente un compteur. Au bout de 200 échantillons, soit 20 ms (50 Hz!), le compteur est remis à zéro et la boucle recommence pour la période suivante. CGaudio 2009 GENE_SINUS 1.0 3

4 Le port B attaque un réseau R-2R qui fait office de convertisseur digital analogique. On obtient une sinusoïde à 50 Hz dont l amplitude est de 5 Volts crête - crête Pourquoi le PIC 16F84 : performant, pas cher, avec une chaine de développement gratuite du fabriquant Microchip. Les seules limitations sont la taille du programme (1 KW) et le nombre d entrées/sorties (Q=13). Parce que j ai déjà réalisé des projets basé sur ce microprocesseur et l investissement en temps est important au démarrage 3.2 Le filtre passe-bas Le filtre passe bas est composé d un premier ampli opérationnel qui fait office de buffer, pour ne pas charger le convertisseur en amont. Le filtre C13/R23 élimine la composante continue du signal issu du convertisseur. Figure 4 Filtre passe-bas Le deuxième amplificateur opérationnel est un filtre passe bas de type butterworth calé à 65 Hz environ. Il est destiné à éliminer le bruit d échantillonnage du convertisseur. Il utilise une structure Sallen-Key classique. 3.3 L amplificateur de puissance L amplificateur.de puissance est chargé d amplifier (environ x 7) le signal provenant du filtre passe-bas et de piloter le transformateur élévateur. Celui-ci est un modèle 220 VAC 2 x 9 VAC 10 VA monté «à l envers». CGaudio 2009 GENE_SINUS 1.0 4

5 Figure 5 Amplificateur de puissance + transformateur de sortie L amplificateur choisi est un TDA 2516 (2 x 12W) choisi pour son boîtier Multiwatt 9 ou toutes les pattes sont en ligne, ce qui est pratique quand on veut réaliser un prototype sur une plaquette d essai. Comme le gain de l ampli est pré câblé (30 db), un potentiomètre en amont permet de régler le gain de la chaine de sortie. Seul un des canaux est utilisé pour piloter les deux primaires montés en série. Si on veut du 230 VAC, il suffit d attaquer un seul des enroulements, mais le radiateur du prototype réalisé n était pas assez bien dimensionné et la température de l ampli était trop élevée à mon goût. 3.4 L alimentation L alimentation est très classique. Le + / - 17 VDC est réalisé par redressement par pont de diode à la sortie du transformateur (230 VAC 2 x 12 VAC 15 VA), suivi par un robuste filtrage (2 x 6600 uf/ 25 V). Un régulateur 7805 monté sur la carte microprocesseur génère du + 5 VDC pour ce dernier. CGaudio 2009 GENE_SINUS 1.0 5

6 Figure 6 Alimentation GENE_SINUS Réalisation La réalisation du prototype a été faite sur une plaquette d essai sur laquelle vient s enficher la carte fille qui porte le microprocesseur, le convertisseur digital analogique et le filtre passe bas. Figure 7 Carte alimentation + amplificateur (carte mère) On reconnaît sur la carte mère l alimentation à gauche et l amplificateur avec son transformateur élévateur à droite. CGaudio 2009 GENE_SINUS 1.0 6

Figure 8 Carte microprocesseur + DAC + Filtre Le microprocesseur est monté sur une carte fille, ce qui permet une plus grande souplesse au moment des tests et des programmations (nombreuses au début

7 Figure 8 Carte microprocesseur + DAC + Filtre Le microprocesseur est monté sur une carte fille, ce qui permet une plus grande souplesse au moment des tests et des programmations (nombreuses au début du projet!). Le câblage est réalisé «à l ancienne» en reliant les pattes des composants par du fil isolé ou non suivant le besoin et de diamètre adéquat (fil fin pour le signal, fil de plus fort diamètre pour la puissance (alimentation et amplificateur). 5 Mesures Les mesures on été faites en chargeant le transformateur de sortie par une résistance de 4,7 Kohms, ce qui correspond environ à la charge du moteur. Les mesures sont faites avec un logiciel de mesure sur PC relié à une carte son USB échantillonnant à 48 KHz. Première constatation : la tension de sortie est fortement liée à la charge. Pour un réglage à vide de 115 VAC, la tension chute à 105 VAC avec la charge de 4,7 Kohms. Ceci est dû d une part à la résistance de sortie du transformateur et d autre part que le transformateur n est pas inclus dans la boucle de contre réaction de l amplificateur. Cependant, compte tenu de l aspect constant de la charge, sauf au démarrage de la platine, on obtient une tension très stable en fonctionnement. CGaudio 2009 GENE_SINUS 1.0 7

8 Figure 9 Sinus en sortie du filtre passe-bas La tension de sortie mesurée avec la carte son. Le bruit d échantillonnage est dû à la carte son et non au signal (à l oscilloscope, le signal est très pur). CGaudio 2009 GENE_SINUS 1.0 8

9 Figure 10 Spectre du signal en sortie du filtre passe bas Le spectre à la sortie du filtre passe bas montre la fondamentale à 50 Hz 5 db. La première harmonique (100 Hz) est à 60 db, soit 55 db en dessous de la fondamentale. A la sortie du transformateur élévateur, non illustrée ici, la première harmonique est à 45 db par rapport au signal à 50 Hz, ce qui représente moins de 1% de distorsion CGaudio 2009 GENE_SINUS 1.0 9

Figure 11 Distorsion en sortie du filtre passe-bas La distorsion harmonique à la sortie du filtre passe-bas est d environ 0,2 %. A noter la hauteur de l harmonique 20 (1 KHz) qui reste à expliquer.

10 Figure 11 Distorsion en sortie du filtre passe-bas La distorsion harmonique à la sortie du filtre passe-bas est d environ 0,2 %. A noter la hauteur de l harmonique 20 (1 KHz) qui reste à expliquer. 6 Conclusion Cette première version remplit bien sa mission, qui est de générer une tension stable à 50 Hz. Dans le cas ou on envisage de refaire la plinthe de la TD 160, il est envisageable d installer le générateur sinus dans la platine, ce qui évite un boîtier externe. Les évolutions possibles pour le GENE_SINUS 2.0 sont : Un quartz à 20 Mhz pour une génération de tension 50 / 60 Hz et ou 33 / 45 tours. CGaudio 2009 GENE_SINUS

11 Une alimentation plus généreuse et un transformateur de sortie plus costaud pour limiter sa résistance de sortie. Le transformateur de sortie dans la boucle de contre-réaction de l amplificateur pour diminuer l impédance de sortie Un circuit imprimé professionnel 7 Références TTPSU : Microchip MPLAB : chaîne de développement du PIC 16F84 KIKAD : logiciel de dessin de circuit imprimé (gratuit et très performant) LTSpice IV : logiciel Spice de simulation électronique (gratuit et performant) Acoustic Analysing System 5E: logiciel d analyse de signal audio (version démo) CGaudio 2009 GENE_SINUS

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