Etage d'entrée d'un amplificateur professionnel

Ce problème propose l'étude des étages d'entrée et de traitement du signal d'un amplificateur Yamaha P3500S qui constitue l'entrée de gamme des amplificateurs de sonorisation professionnelle du constructeur. Tous les schémas présentés dans ce problème sont tirés du Service Manual des Yamaha P1000S à P3500S et sont la propriété de Yamaha. Ils sont proposés ici à des fins pédagoqiques.

Présentation générale

Les caractéristiques des amplificateurs de la série P1000S à P3500S sont indiquées :

P3500S caracteristiques

Le synoptique de l'amplificateur est le suivant :

Synoptique général du P3500S

Dans l'étude qui suit, on ne s'intéresse qu'à la partie présentée en haut à gauche sur le synoptique général et intitulée SUB(VR) dont un agrandissement sera proposé au moment de l'étude.

Pour finir, la figure ci-dessous présente le schéma complet du bloc d'entrées et de son traitement du signal analogique (cliquer dessous pour l'ouvrir en haute résolution). On remarquera que ces étages font la part belle aux amplificateurs opérationnels, tous produits par Yamaha.

Circuit d'entrée et de traitement du signal du P3500S

 

Etude des différents étages

L'étude est réalisée en considérant les amplificateurs opérationnels comme parfaits.

1. Etude générale : synoptique des circuits d'entrées

 

Synoptique des étages d'entrée du P3500S

 

1.1. Quelques détails sur ce synoptique en se limitant au canal A :

  • L'entrée est symétrique et se fait soit sur un connecteur Jack 6.35 (JK303), soit sur un connecteur XLR (JK301).
    Remarque : “ Symétrique ” signifie que l'entrée se fait sur 3 points de connection : la masse (borne 1), le + (borne 3) appelé également point chaud, le - (borne 2) dénommé aussi point froid. Le potentiel du point chaud est opposé au potentiel du point froid (on dit qu'ils sont en opposition de phase).
  • Le bloc BA permet de déssymétriser le signal d'entrée (voir étude par la suite).
  • Le signal peut ensuite être traité de différentes façons en fonction des besoins (sélection réalisée par les commutateurs SW302 et SW303):
    • Filtrage via le bloc State Variable Active Filter (étude dans la suite du sujet),
    • Correction active avec le bloc YSP spécifique aux enceintes de sonorisation Yamaha.
  • Le switch SW301 permet de choisir entre trois modes de fonctionnement de l'amplificateur : STEREO, PARALLEL, BRIDGE.
  • Le signal peut ensuite être atténué avec le potentiomètre VR601 présent en façade de l'amplificateur.
  • A la sortie du potentiomètre VR601, on trouve une dérivation vers un amplificateur inverseur utilisé pour le fonctionnement de l'amplificateur en mode BRIDGE.

 

1.2. Complément d'étude sur le synoptique : modes de fonctionnement de l'amplificateur.

  1. En observant le trajet des signaux issus des canaux A et B, expliquer l'utilité du mode PARALLEL.
  2. Même question en ce qui concerne le mode BRIDGE.
    Remarque : une bonne méthode pour comprendre ce qui se passe consiste à représenter une période de sinus sur le signal en sortie du bloc BA et de voir ce qu'on obtient sur les bornes de sorties de l'amplificateur.

2. Etude de l'étage d'entrée de l'amplificateur ("dé-symétriseur")

Pour mémoire, le schéma électronique complet correspondant au synoptique étudié à la question précédente est disponible à la fin du texte disponible sous l'onglet Présentation générale.

On s'intéresse ici au premier étage de traitement des entrées dont la figure ci-dessous propose un zoom :

P3500S AOP entree

Considérons au niveau de l'entrée : \(V_{chaud}=-V_{froid}=\frac{V_{e}}{2}\) et \(V_{s}\) le signal de sortie pris sur la borne droite de la résistance R312.

Note : pour simplifier les écritures, il est possible de changer les noms de résistances et des capacités avec des indices plus simples.

  1. Sans faire d'étude très détaillée, quelle sera l'action des capacités C301 et C302 ? En quoi sont-elles utiles ?
  2. Utilité des diodes D301 et D302 :
    1. L'amplificateur opérationnel IC301 fonctionne-t-il en linéaire ou en non-linéaire ? Quelle fonction réalise-t-il ? (sans faire de calcul)
    2. Que peut-on en déduire quant à l'état des diodes D301 et D302 en fonctionnement normal ?
    3. A quelle condition peuvent-elles changer d'état ?
    4. En déduire en quoi elles sont utiles.
  3. Quelle est l'utilité de la résistance de sortie R312 ?
  4. Caractéristique entrée/sortie :
    1. Chercher la fonction de transfert de cet étage d'entrée notée \(H\left(p\right)=\frac{V_{s}}{V_{e}}\).
      Remarque : dans ce calcul, on néglige la résistance R312, les diodes D301 et D302, les capacités C301 et C302.
    2. Calculer les fréquences de coupures induites par les capacités C305 et C307.
    3. Tracer le diagramme de Bode asymptotique de ce montage.

3. Etude du filtre à variables d'état (bloc State Variable Active Filter)

Dans cette partie, on étudie le filtre active à variables d'états. Sa structure particulière fournit plusieurs sorties (2 dans cet amplificateur) correspondant à différents type de filtre pour le même signal d'entrée. L'amplificateur permet ensuite de sélectionner une des sorties pour cibler différentes sortes d'enceintes.

Le schéma de cet étage est le suivant :

Filtre à retour d'états

On considère que les amplificateurs opérationnels fonctionnent tous en mode linéaire.

On néglige les résistances R317, R325, R341, R349 que l'on remplace par un court-circuit.

On remplace par un circuit ouvert les résistance R336 et R345.Par commodité, on note R1 = R315 = R318, P = VR301 , R2 = R321 , R3 = R323 = R329 = R334 , R = R338 = R347 , C = C314 = C316.

On définit également les potentiels de sortie des amplificateurs opérationnels comme suit :

\(V_{a1}\) à la broche 1 de IC304 ,
\(V_{a2}\) à la broche 7 de IC304 ,
\(V_{a3}\) à la broche 1 de IC305,
\(V_{a4}\) à la broche 7 de IC304.

L'entrée, signal noté \(V_{ae}\), se fait sur la broche gauche de R315.

Les sorties sont notées \(V_{as1}=V_{a2}\) et \(V_{as2}=V_{a4}\).

  1. Même si on les néglige pour les calculs, quelle peut être l'utilité les résistances R317, R325, R341, R349 ?
  2. Quelle est l'utilité des résistances R336 et R345 ?
  3. On décompose l'ensemble du circuit en 4 :
    1. Partie 1 : circuit mettant en jeu le premier AOP
      1. Déterminer \(V_{a1}=f_{1}\left(V_{ae},V_{a3}\right)\).
      2. Quelle type de fonction réalise cet AOP ? Par quel bloc peut-on le représenter ?
    2. Partie 2 : circuit mettant en jeu le second AOP
      1. Déterminer \(V_{a2}=f_{2}\left(V_{a1},V_{a4}\right)\).
      2. Quelle type de fonction réalise cet AOP ? Par quel bloc peut-on le représenter ?
    3. Parties 3 et 4 (identiques) : circuit mettant en jeu le 3 ième AOP ou le 4 ième.
      1. Déterminer \(V_{a3}=f_{3}\left(V_{a2}\right)\)
      2. Quelle fonction réalise cet AOP ? Par quel bloc peut-on le représenter ?
  4. Représenter le schéma bloc complet du circuit (en reprenant le blocs obtenus à la question précédente).
  5. Etude du traitement obtenu sur la sortie \(V_{a2}\).
    1. Déterminer la fonction de transfert \(H_{a1}\left(p\right)=\frac{V_{a2}}{V_{ae}}\)
    2. Quels sont les grandeurs caractéristiques de cette fonction de transfert.
    3. Représenter son diagramme de Bode asymptotique en se limitant au gain.
    4. Quel traitement obtient-on sur cette sortie ?
    5. A quel type d'enceinte correspond ce traitement ?
  6. Reprendre les questions précédentes pour la sortie \(V_{a4}\) avec l'étude de la fonction de transfert \(H_{a2}\left(p\right)=\frac{V_{a4}}{V_{ae}}\).

4. Etude du traitement YSP (Yamaha Sound Processing)

Le dernier circuit étudié réalise le traitement YSP (Yamaha Sound Processing) destiné aux enceintes de tête de la marque. Si ce nom flatteur semble cacher quelque chose de très sophistiqué, la simple vue du schéma montre qu'il n'en est rien; ce que confirme évidemment l'étude qui suit.

Le schéma du circuit YSP est visible sur la figure ci-dessous :

Circuit YSP Yamaha

L'entrée, notée \(V_{Ye}\), s'effectue sur la borne gauche de la capacité C312. La sortie, notée \(Y_{Ys}\), est située à la sortie de IC303.

Le trait GRAS représente la masse.

R328 = 3.9kΩ et R331 = 82kΩ.

  1. Déterminer la fonction de transfert \(H_{Y}\left(p\right)=\frac{V_{Ys}}{V_{Ye}}\).
  2. De quel type de filtre s'agit-il ? Le caractériser.
  3. Donner l'allure de son diagramme de Bode réel (gain) en faisant apparaître les points caractéristiques intéressants.
  4. Expliquer son action sur le signal.

Ajouter un Commentaire


Code de sécurité
Rafraîchir