La carte d'alimentation

1) Présentation de la carte et du schéma fonctionnel

La carte d'alimentation permet de générer différentes tensions afin d'alimenter les cartes du système. Dans notre cas, une alimentation à découpage a été utilisée, ce type d'alimentation s'appuie sur des composants électroniques afin de recréer plusieurs tensions depuis une tension unique.

Ici, la tension d'entrée est celle du secteur, 230Veff 50hz, pour en récupérer ensuite trois autres :

a) +48V : Permet d'alimenter les microphones électrostatiques (alimentation phantom).

b) +18V : Permet d'alimenter les circuits intégrés.

c) -18V : Permet d'alimenter les circuits intégrés.

Doc 1 : Schéma fonctionnel de la carte d'alimentation

2) FS2.1 Le transformateur

Doc 2 : Photo du transformateur de l'alimentation

Elément important d'une alimentation, le transformateur (cf. doc 2) est un appareil qui permet de convertir une tension alternative en une autre.

Le principe de fonctionnement repose sur le transfert d'énergie par induction électromagnétique. Le courant alternatif qui parcours l'enroulement primaire est « capté » par l'enroulement secondaire qui le re-transforme en courant (cf. doc 3).

Le rapport de transformation est lié au nombres de spires des enroulements primaires et secondaires.

Doc 3 : Principe de fonctionnement d'un transformateur.

Il existe plusieurs types de technologies, celle utilisée ici est le transformateur torique qui a l'avantage de produire peu de fuites magnétiques (peu de rayonnement) donc intéressant dans le cas d'une réalisation audio afin d'éviter toutes « ronflettes ».

Le transformateur est doté d'un bobinage primaire 220V et de deux bobinages secondaires de 25V.

Doc 4 : Schéma de câblage du transformateur.

Afin d'obtenir une tension supérieure à la plus haute tension régulée, ici +48V, les deux secondaires vont être câblés en série pour obtenir environ 50Veff en entrée de la carte d'alimentation (cf. doc 4).

3) FS2.2 Redressement et lissage

Après la transformation du signal vient l'étape de redressement et lissage de la tension.

En effet, les tensions d'alimentation utilisées dans le pré-ampli sont des tensions continues, il faut donc commencer par redresser la tension transformée qui est pour l'instant alternative.

Redresser une tension, c'est passer les alternances négatives en positives, pour cela un pont de diode est utilisé (cf. doc 5).

Doc 5 : Fonctionnement du pont de diodes.

Ce schéma explique le redressement double alternance et le fonctionnement d'un pont de diodes.

Une diode est un composant électronique qui a pour particularité de laisser passer le courant positif que dans un sens, de l'anode vers la cathode (cf. doc 6).

Quand il y a une tension positive, elle est passante et elle est bloquée lorsque que la tension est négative.

Doc 6 : Symbole électronique de la diode.

C'est grâce au positionnement de ces diodes que l'on peut « guider » le courant afin de passer les alternances négatives en positives.

Cette tension doit ensuite être « lissée » afin d'être le plus proche d'une tension continue.

Pour cela, des condensateurs sont utilisés, ce genre de composants est capable de stocker de l'énergie pour ensuite la restituer (cf. doc 7). Il est aussi très souvent utilisé pour le filtrage en audio, dû à ses caractéristiques en fonction de la fréquence du signal, plus elle est faible, plus son impédance augmente et inversement.

Doc 7 : Représentation de la charge et décharge d'un condensateur

Sur ce schéma, on voit en bleu la tension appliquée aux bornes du condensateur, à intervalles réguliers et en vert la charge et décharge du condensateur de forme exponentielle.

C'est sur cette caractéristique que va se faire le « lissage » de la tension, en utilisant des condensateurs de forte capacité qui vont mettre du temps à se décharger et donner une tension proche du continue (cf. doc 8).

Doc 8 : Représentation de la charge et décharge du condensateur sous la tension redressée

double alternance

Ici, des condensateurs de 220uF et 1000uF permettent d'avoir une ondulation assez faible étant donné la fréquence du signal.

4) FS2.3 Régulateur de tensions

Dernières étapes de l'alimentation, c'est la régulation de tension afin d'obtenir les valeurs désirées, dans notre cas, +48V, +18V et -18V.

Deux types de régulateurs sont utilisés :

Régulateurs de tensions fixes, ici le LM7818 et le LM7918.
Régulateur de tension ajustable, dans notre cas le LM317.

Les LM7818 et LM7918 sont des composants qui permettent de réguler à une tension fixe, les deux derniers chiffres indiquent la tension de sortie, ici 18V, les deux premiers représentent le signe, 78 c'est positif, 79 c'est négatif.

Doc 9 : Schéma des régulateurs de tension + et - 18V.

En entrée de régulateur, nous avons la tension filtrée grâce au condensateur de lissage, on voit sur le schéma deux autres condensateurs de 100nF en entrée et sortie des régulateurs, ils permettent une meilleur stabilité du montage et limitent le risque d'apparition d'oscillation parasite (cf. doc 9).

Le LM317 lui est un régulateur ajustable, la tension de sortie est déterminée par la valeur des deux résistances additionnelles R1 et R2. (cf. doc 10).

Doc 10 : Schéma du régulateur de tension ajustable.

D'après la doc du LM317, la tension de sortie est fonction de la valeur des résistances R1 et R2 : VOut = 1,25*(1+(R1/R2)).

Ici la tension de sortie serait d'environ 44V, afin d'obtenir tout juste 48V, une résistance d' 1kΩ est ajoutée en série à celle de 8,2kΩ afin d'augmenter le rapport et d'atteindre les 48V. VOut = 1,25*(1+(R1/R2)) = 1,25*(1+(8200+1000/240)) = 49V.

5) Schéma structurel complet de la carte

Doc 11 : Schéma structurel complet de la carte d'alimentation.

FS 2.1 = La tension secteur 230Veff 50hz est transformée en environ 60Veff 50hz.

FS 2.2 = La tension transformée est redressée puis lissée.

FS 2.3 = La tension lissée est régulée aux valeurs désirées.

C'est grâce à toutes ces étapes que l'on obtient nos différentes tensions pour alimenter les circuits intégrés des cartes du système et l'alimentation phantom pour les microphones électrostatiques.