Dernière mise à jour : 11/12/2011
Présentation
L'interface audio présentée ici permet de
transmettre un signal audio d'un point à un autre, avec entre les deux
points une excellente isolation électrique, puisque assurée par un optocoupleur. Ce montage
est de type monophonique mais devient stéréophonique dès l'instant où
on le réalise en double exemplaire. Contrairement à l'interface opto audio 001
qui fait un usage un peu détourné d'un optocoupleur "logique" de type
4N25, celle décrite ici met en oeuvre un optocoupleur linéaire de
type HCNR200 (Agilent ou Avago) ou IL300 (Infineon ou Vishay) ou autre
du même genre. L'idée n'est
pas de montrer qu'on peut faire de la hifi avec un optocoupleur
linéaire, mais de comparer des résultats avec ce qu'on aurait avec la
solution simple à transformateur... bien plus simple à mettre en oeuvre
et qui ne requiert aucune alimentation (perso, je préfère me casser moins la tête avec un transfo BF).
Avertissement
Le montage présenté ici n'a pas été réalisé en pratique, mais juste simulé avec succès avec le modèle HCNR200.
Schéma
La totalité de l'interface est représentée sur le
schéma qui suit. On y voit la partie émission à
gauche de la ligne séparatrice en pointillé, et la partie
récepteur à droite de cette même ligne. Le point commun aux deux
parties étant bien sûr l'optocoupleur, dans son petit boîtier noir à 8
broches (DIL08).
Partie émission
La partie émission fait travailler la source
lumineuse intégrée dans l'optocoupleur ainsi que l'un de ses deux
élements photosensibles. Le signal audio à transmettre est appliqué sur
l'entrée non inverseuse du premier AOP U1, tout en étant légèrement
décallé de la moitié de la tension d'alimentation grâce à l'usage des
deux résistances R1 et R2 de valeurs légèrement différentes. La tension
continue présente au point nodal de ces deux résistances devrait pour
bien faire être ajustée en fonction de l'amplitude du signal audio, et
pour cette raison je vous autorise à utiliser un potentiomètre linéaire
de 22 kO ou 47 kO en lieu et place de R1 et R2. Les valeurs qui leur
sont attribuées ici conviennent pour un signal audio dont l'amplitude
est de quelques centaines de mV, ce qui correspond à un signal de
niveau ligne. La sortie de AOP U1 attaque la source lumineuse de
l'optocoupleur dans le sens passant avec une limitation de courant
imposée par la résistance R4, la quantité de flux lumineux est ainsi
largement plus élevée que si on la branchait en sens inverse.
Comme pour une LED standard émettant dans le visible, quoi. Le premier
élement captant la lumière émise dans l'optocoupleur est quant à lui
câblé en inverse, il s'agit en effet d'une photodiode. Cette dernière
est polarisée par la résistance R3 et la tension qui nait aux bornes de
cette dernière est réinjectée dans l'AOP, via son entrée inverseuse.
C'est la fameuse contre-réaction qui permet de réduire le taux de
distorsion global. Si la source du signal audio ne dispose pas d'un
réglage d'amplitude, je vous conseille d'ajouter un potentiomètre log
(10 kO à 47 kO) monté en réglage de volume à l'entrée du montage.
Partie réception
Le second élement captant la lumière émise
dans l'optocoupleur est lui aussi câblé en inverse, il s'agit là
encore d'une photodiode. La résistance R5 convertit en tension le
courant qui circule dans cette photodiode, tout comme le fait R3 pour
la partie émission. La tension développée aux bornes de R5 est
appliquée à l'entrée non-inverseuse du second AOP U2, qui est monté en
suiveur de tension. On retrouve en sortie de cet AOP ladite tension
mais cette fois sous basse impédance. Le condensateur de liaison C2
s'oppose au passage de la composante (tension) continue présente à
tout instant, même en absence de signal audio en entrée.
Alimentation
Il est hors de
question d'utiliser une alimentation commune pour les deux parties
émission et réception, et c'est pourquoi on trouve deux masses
distinctes appelées M1 (pour la partie émission) et M2 (partie
réception) et deux points d'alimentation positive notées +12V-1 (partie
émission) et +12V-2 (réception). Les deux masses M1 et M2 ne doivent
pas être raccordées ensemble, de même que les deux sources
d'alimentation +12V-1 et +12V-2 doivent rester parfaitement distinctes.
Notez que j'aurais pu utiliser une alimentation symétrique des
deux côtés pour compliquer le montage, mais le coeur n'y était pas.
Dans le même esprit d'isolation, n'allez pas remplacer les deux AOP
séparés par un unique boîtier double qui en comporte deux.
Choix des optocoupleurs
Les
deux types d'optocoupleur HCNR200 et IL300 ne possèdent
pas des caractéristiques techniques identiques, voici ce qui
les différencie principalement :
- Courant max dans le LED (source
lumineuse) de 25 mA pour le HCNR200 et de 60 mA pour le IL300. Cette
différence peut inciter à faire des tests avec des valeurs différentes
pour la résistance R4, selon le modèle d'optocoupleur choisi.
-
Tension inverse max sur photodiodes de 30 V pour le HCNR200 et de
50 V pour le IL300. Ici, aucune incidence puisque tension d'alim
limitée à 12 V.
- Taux de transfert (CTR, Current Transfer Ratio) d'environ 0,50% pour le HCNR200 et d'environ 100% pour le IL300.
D'autres
types d'optocoupleurs peuvent être utilisés en remplacement des deux
proposés : HCNR201, TIL300 (Texas Instrument), IL388. Quasiment tous
sont disponibles chez Farnell, Mouser et Digikey.
Performances
D'un
point de vue bande passante et distorsion, le montage n'a pas de quoi
rougir. On ne peut bien sûr pas espérer des caractéristiques hautement
hifi d'une telle réalisation, mais jugez plutôt :
- Gain : globalement 0 dB (ni atténuation ni amplification) dans la bande audio 20 Hz à 20 kHz
- Bande passante : 20 Hz à 50 kHz à +/-1 dB
-
Distorsion : 0,01% (-80 dB) dans la bande 20 Hz à 20 kHz, remontée à
0,1% (-60 dB) à partir de 40 kHz (ça nous fait une belle jambe).
Ca,
se sont les performances obtenues en simulation. Plutôt alléchantes,
non ? Mais qu'en est-il dans la réalité des choses ? Dynamique et bruit
de fond sont-ils aussi à la hauteur ? Pas si sûr, et pour le savoir,
rien de tel qu'un petit prototype... que je réaliserai plus tard, quand j'aurai les composants adéquats entre les mains.
Circuit imprimé
Non réalisé.
Historique
11/12/2011
- Première mise à disposition.
