Quentin Tilly - Mémoire de fin d'études
Réalisation d'un pré-ampli micro issu des consoles SSL 9000k
1) Les typons des circuits imprimés et plan d'implantation des composants
Les cartes pour ce projet DIY (Do It Yourself) ont été commandées sur un site internet qui créer des circuits imprimés spécialisées dans les réalisations audio.
Ce sont des cartes électroniques, faites à partir de résine d'époxy doublées d'une fine couche de cuivre (cf. doc 1). Ces couches sont gravées par un procédé chimique pour obtenir un ensemble de pistes, terminées par des pastilles. La carte est ensuite plongée dans un bain d'étain, qui vient se coller au cuivre, afin de faciliter la soudure. Les circuits imprimés sont ensuite recouverts d'une couche de vernis coloré qui protège les pistes de l'oxydation et d'éventuels courts-circuits.
Doc 1 : Représentation d'une plaque pour circuit imprimé.
Le typon désigne le masque transparent sur lequel sont imprimées les pistes, dans une encre opaque aux ultraviolets, permettant de réaliser un circuit imprimé par photogravure soustractive.
Typons et plan d'implantation des composants de la carte d'alimentation :
Doc 2 : Typon carte d'alimentation. Doc 3 : Plan d'implantation des composants.
Doc 4 : Typon de la carte de symétrisation. Doc 5 : Plan d'implantation des composants.
Typons et plan d'implantation des composants sur la carte de symétrisation :
Cette carte était mal étamée. Il m'était quasiment impossible de souder dessus, l'étain n'accrochait pas, les connexions ne se faisaient pas. J'ai donc acheté ce que l'on appelle une plaque verobaord (cf. doc 6), c'est une plaque à pastilles permettant de créer soi-même son circuit.
Sachant que le circuit de cette carte n'était pas trop compliqué, j'ai pu recréer une carte avec cette plaque à pastilles étamées.
Doc 6 : Plaque verobaord.
Typon et plan d'implantation des composants sur la carte de pré-amplification :
Doc 7 : Typon de la carte de pré-amplification.
Doc 8 : Plan d'implantation des composants.
2) Les cartes
Doc 9 : La carte d'alimentation.
Doc 10 : La carte de symétrisation d'origine.
Doc 11 : La carte sur plaque veroboard.
Doc 12 : La carte de pré-amplification.
Afin de souder tous les composants sans soucis, un ordre est plus judicieux, il s'agit de commencer par souder les composants les plus proches de la carte.
Les résistances ont donc été soudées en premier, puis les straps (petits ponts conducteurs), les supports de circuits intégrés, les condensateurs, les régulateurs de tension et le transistor.
Certaines résistances avaient des valeurs non normalisées, c'est pourquoi on peut voir à des endroits, deux résistances à la place d'une, elles sont montées en série afin de s'additionner entres elles et d'atteindre la valeur désirée.
Quatre autres petites cartes on été réalisées sur plaque verobaord, la première est celle pour l'alimentation phantom, car rien n'était prévu pour, sur le projet initial (cf. doc 13).
Doc 13 : Schéma de l'alimentation phantom.
La tension continue est envoyée au microphone via les deux résistances R2 et R3 sur les bornes 2 et 3 de la fiche XLR. Cette tension continue sera bloquée par les deux condensateurs de l'étage d'entrée du pré-amplificateur (cf. la carte pré-ampli 2)).
La deuxième carte est un simple pont diviseur de tension (cf. doc 14) utilisée pour alimenter le TL052, étant donné qu'il demande du +15/-15V et que la carte d'alimentation ne délivre que du +18V/-18V.
Pour cela, deux résistances de 1kΩ et de 200Ω sont placées en série, afin d'obtenir +15V/-15V au bornes de la résistance de 1kΩ.
D'après la loi du pont diviseur de tension :
18∗(1000/(1000+200)) = 15 −18∗(1000/(1000+200)) = −15
Doc 14 : Le pont diviseur de tension.
La troisième carte elle, sert juste de masse commune, afin de regrouper tout les « point » 0Vpour simplifier le branchement dans le boitier.
La dernière carte est très importante, elle aborde la partie sur le potentiomètre double nécessaire à ce pré-ampli. Sur le schéma, il est indiqué qu'il faut un potentiomètre double à course logarithmique inversée (anti-log), ce genre de courbe de variation est très rare et difficile à trouver.
Il existe un moyen de modifier la courbe de variation d'un potentiomètre linéaire en plaçant une résistance dix fois plus faible entre l'extrémité haute et le curseur du potentiomètre (cf. doc 15).
Doc 15 : Schéma de la modification du potentiomètre.
Le potentiomètre utilisé ici est un de 2,2kΩ (2,5kΩ n'étant pas normalisé, la valeur la plus proche a été choisie), R1 est donc de 220Ω.
Avec un potentiomètre à courbe de variation anti-log, le réglage du gain sera plus aisé, on aura une variation de gain bien « étalée » sur la variation physique de la position du curseur (cf. doc 16).
Doc 16 : Représentation de la valeur de la résistance en fonction de la position du curseur.
En vert, potentiomètre linéaire, en gris potentiomètre logarithmique et en rouge potentiomètre antilogarithmique.
3) Tests des cartes
Le test commence par vérifier la continuité des connexions à l'aide d'un multimètre, qui « bip » lorsque il y a connexion. Cela permet aussi de vérifier qu'il n'y a pas de courts-circuit.
La carte d'alimentation est la première carte à tester, c'est la base du projet, si l'alimentation ne fonctionne pas, le reste ne peut pas fonctionner.
Les 3 tensions d'alimentation sont testées au voltmètre, elles sont justes.
On branche ensuite l'alimentation sur les différentes cartes, puis on vérifie si les tensions sont bien là, comme par exemple sur les broches 4 et 7 des 5534AN (les tests se font d'abord sans placer les circuits intégrés sur leurs supports) de la carte de pré-amplification.
Si toutes les tensions sont bonnes, les circuits intégrés peuvent être placés, le pré-amplificateur est prêt pour être placé dans son boitier.
4) Fabrication du rack
Sachant que le pré-ampli n'a pas encore été testé en condition réelle, dans un studio, il reste au stade de prototype et sera placé provisoirement dans un boitier « fait maison ».
Afin d'éviter tout risque de perturbations, j'ai décidé de placer l'alimentation à part du reste du circuit, dans une cage de faraday d'alimentation récupérée sur un vieil ordinateur (cf. doc 17).
Doc 17 : Alimentation dans sa cage de faraday.
Les autres cartes sont placées dans le boitier d'un lecteur CD récupéré sur un ordinateur fixe, on y retrouve le potentiomètre, les fiches XLR et l’interrupteur pour l'alimentation phantom (cf. doc 18).
Doc 18 : Boitier provisoire pour les autres cartes du système.
Toujours dans le but d'éviter les perturbations, les masse des fiches XLR ont été branchées non pas à la masse du reste du circuit mais au châssis (cf. doc 19).
Doc 19 : Schéma de câblage général du pré-ampli.
Une fois le pré-ampli testé en condition et validé, il sera placé dans un boitier rack 19 pouces, 1U, afin d'être facilement installable en studio.
La liste des composants est disponible en annexe 1.