Alimentation 110 VAC / 50 Hz pour Platine Vinyl

Alimentation 110 VAC / 50 Hz pour Platine Vinyle
GENE_SINUS 1.0
Figure 1 GENE_SINUS 1.0
1 Introduction
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
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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
électronique.
Le montage doit être installé dans un boitier relié à la terre
L’auteur décline toute responsabilité en cas d’accident.
en
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
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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.
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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 ».
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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.
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Figure 6 Alimentation GENE_SINUS 1.0
4 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.
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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.
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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).
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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
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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.
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


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 : http://www.norre.dk/TTPSU/TTPSU.html
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)
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