Dernière mise à jour : 29/01/2012
Voir aussi Masses virtuelles et masses réelles
Présentation
Lss montages qui suivent permettent d'obtenir deux tensions
symétriques, une positive et l'autre négative par rapport
à la masse, en partant d'une alimentation simple (mono-tension).
Mais attention, ces montages ne conviendront pas dans toutes les
situations, notemment là où de forts courant sont requis.
Ils ne peuvent prétendre pouvoir remplacer une bonne
alimentation symétrique, mais vous permettront tout de
même d'expérimenter avec ce type d'astuce.
Avertissements
- Ajouter une masse
"virtuelle" peut
apporter une certaine confusion avec une masse "réelle" existante.
Réflechissez bien à ce que vous devez faire pour
exploiter ce type de montage, notemment au niveau des liaisons audio et
des polarisations. N'hésitez pas à consulter et comparer
plusieurs schémas existants, alimentés sous tension
simple ou sous tensions symétriques, afin de vous faire une
idée générale. Au besoin, reportez-vous à la page Masse virtuelle et masse réelle, ou encore au montage Distributeur audio 001, qui aborde le point de façon pratique.
Enfin je l'éspère ;-).
- Ce type de montage
permet d'obtenir une alimentation (pseudo-)symétrique à
partir d'une alimentation simple. Mais les deux tensions
symétriques obtenues auront chacune pour valeur la moitié
de la tension d'origine. Ainsi, avec une alimentation simple de 18V,
vous obtiendrez une alimentation symétrique de +/-9V. Et avec du
12V, vous obtiendrez +/-6V. Si vous souhaitez obtenir du +/-12V avec
une tension simple de 12V, les méthodes décrites ici ne
conviennent pas, il faut utiliser ce qu'on appelle des convertisseurs
de tension continu / continu (DC/DC Convertor, quelques schémas proposés via page Alimentations).
Schéma 001
Il s'agit de la solution la plus simple, qui convient très bien
pour pouvoir utiliser des AOP faible consommation nécessitant
habituellement une source d'alimentation symétrique.
Les résistances R1 et R2 ont la même valeur et sont
montées en diviseur
de tension. Leur valeur doit être identique, et devra
être
adaptée
selon la consommation globale du circuit à alimenter (10Kohms
pour 1mA,
jusqu'à 100Kohms pour 100uA par exemple). L'unique condensateur
C1 sert à "absorber" les variations de courant tant qu'elles ne
sont pas trop importantes, et permet d'assurer une certaine
stabilité à la tension présente au point 0V' (J4).
Ce condensateur joue en effet le rôle d'un réservoir
d'énergie, comme ceux de forte valeur utilisés dans les alimentations classiques,
et permet de fournir les pointes de courant que ne peuvent "supporter"
les résistances. Malheureusement, et malgré la
présence du
condensateur,
la fluctuation de la tension 0V' (J4) en fonction du
courant consommé en ce point, peut tout de même être
importante et
poser des problèmes de stabilité voire de distorsion.
Seule solution : baisser la valeur des deux résistances R1 et
R2, ce qui se fait au détriment de la consommation globale, qui
augmente alors. Si vous êtes un
habitué des schémas électroniques de type audio
basés sur l'emploi
d'AOP, vous devez sans doute avoir déjà rencontré
ce type de montage
pour générer une tension dite masse virtuelle ou masse
flotante, et
permettant de polariser les AOP à la moitiée de la
tension
d'alimentation (dans ce contexte, ça fonctionne très
bien car les AOP consomment généralement peu de courant).
Important :
pour qu'au point
0V' (J4) il existe une tension égale à la moitié
de la tension d'alimentation, il faut que le courant drainé
à cet endroit soit faible par rapport au courant qui circule
déjà dans les deux résistances (au maximum 1/10).
On comprend bien en effet que si ce n'est pas le cas, la
résistance R1 sera traversée par un courant plus
important que celui traversant R2 (puisque I1 = I2 + I3), et
l'égalité des tensions ne sera plus du tout
respectée (la tension sur R1 sera supérieure). Ce
système ne convient donc pas pour des montages qui consomment
"beaucoup" sur le point 0V' (J4). Mais attention aussi à ne pas
trop descendre la valeur des résistances R1 et R2, car si
l'idée en elle-même est parfaitement juste, la
consommation globale du montage en souffrirait. Et surtout un danger
apparaît pour ces résistances. Quel danger ? Je vais vous
donner un exemple. Un jour, des étudiants sont passés
chez moi pour discuter de la fabrication de Theremins. Ils en avaient
fabriqué un, et à un endroit du montage, il avaient
monté ce type de pont diviseur avec des résistances de 47
ohms, le montage fonctionnant sur une pile 9V, et des AOP
réclamant leur dû. Ca fonctionnait. Mais un jour, ils ont
remplacé la pile 9V par un 15V d'une alim labo. Et là...
ça sentait le chaud, et ça s'est mis à fumer...
Pourquoi ? Calculons le courant qui circulait alors dans les
résistances avec l'alim de 15V (dans les calculs suivants, I3
est ignoré) :
I = U / R => 15 / (2 * 47) = 0,16 A.
Puissance dissipée :
P = U * I = (U * U) / R => 7,5 * 0,16 = 1,2 W
On peut dire que les pauvres résistances de 47 ohms / 0,5W
n'avaient pas beaucoup de chance de survie ! Disons que l'on peut
rester raisonnable en ne descendant jamais sous 1 KOhm. Si vos calculs
vous indiquent des valeurs inférieures, réflechisser
plutôt à une autre solution, celle-là ne convient
très surement plus. Notons que sous 9V, la puissance
dissipée était tout de même de 0,72 W, les
résistances ne fumaient pas mais étaient tout de
même un peu stressées. En fait, elles n'avaient pas
vraiment le temps de brûler, car la pauvre pile de 9V à
qui l'on demandait de fournir un courant de 0,16A (au minimum)
demandait vite pitié.
Variations autour du schéma 1
Ne soyez pas surpris de trouver parfois, dans tel ou tel schéma,
deux condensateurs aux bornes des résistances du pont diviseur,
au lieu d'un seul. Même si celà n'est pas une
généralité, on trouve plus souvent un seul
condensateur quand le courant demandé au pont diviseur est
faible, et deux condensateurs quand le courant nécessaire est
plus élevé. Certains disent que cette façon de
faire est même
obligatoire, surtout pour des applications audio. Notez au passage que
vu de la source d'alimentation unique (entre J1 et J2), les deux
condensateurs ainsi reliés en série forment un
condensateur équivalent
dont la valeur est moitié de chacun d'eux (si les deux
condensateurs
valent 100 uF, le condensateur résultant vaut 50 uF).
Dans certains schémas "anciens", il arrive également de
trouver des diodes
zener en lieu et place des deux résistances du pont
diviseur, comme le montre le schéma suivant :
Ces diodes zener offrent une résistance dynamique faible, ce qui
est bien pour ce genre d'application. Mais elles apportent aussi une
contribution au bruit que certains jugent trop importante, même
si ce bruit peut être réduit par la présence de
condensateurs montés en parallèle sur chacune d'elle.
Comme pour toute régulation par zener, la résistance de
limitation de courant (ici R1) doit être calculée en
fonction de la tension source, des tensions de sortie
désirées, et du courant consommé au point de masse
virtuel.
Schéma 002
Ce schéma est une version améliorée du
premier montage à deux résistances, auquel on a
ajouté un AOP.
La tension 0V', qui correspond là aussi à la
moitié de la tension d'alimentation présentée
entre les points J1 et J2, est cette fois rendu disponible sous une
impédance plus faible, qui est en fait celle de la sortie de
l'AOP. La fluctuation est plus faible que précédement
pour un même courant consommé, et surtout permet la
fourniture d'un courant plus important. Le courant circulant dans les
résistances R1 et R2 est bien plus faible, ce que permet la
haute
impédance d'entrée de l'AOP. Mais cela nécessite
l'ajout d'un composant, ce qui n'est pas toujours la première
solution recherchée. Une astuce : s'il vous reste un AOP de
libre dans un boitier (genre montage nécessitant 3 AOP et se
basant sur un TL084), n'hésitez pas à mettre
à
contribution le petit isolé...
Remarque
: ne placez pas de condensateur chimiques de forte valeur
directement sur la sortie de l'AOP, car ce type de composant n'aime
généralement pas trop voir une charge capacitive
élevée. Je sais, je
l'ai déjà fait, ça n'a pas grillé le
composant et il n'est pas
entré dans un état de surexcitation extrême. Mais
ne copiez pas les
bêtises que je fais, et pensez un instant aux gens sérieux
qui se
donnent un mal de chien pour ne publier que des articles de grande
valeur, où la tolérance zéro sur erreur n'est pas
permise.
Schéma 003
Ce schéma est réservé à ceux qui veulent un
(relativement) bon montage, et qui sont allergiques aux AOP pour ce
type de
fonction. Il peut se contenter de composants de fond de tiroir, le
2N2222 peut être remplacé par exemple par un 2N3904, et le
2N2907 peut
être remplacé par exemple par un 2N3906.
Schéma 003
Ce montage, tout comme le précédent, permet de fournir un
0V virtuel sous basse impédance, grace à l'utilisation de
transistors d'usage général (entendez courants, bon
marché et faciles à trouver). Les diodes sont
destinées à compenser les chutes de tension dans les
jonctions base-émetteur des transistors. Les condensateurs C1
à C4 permettent de lisser les tensions de sortie, en absorbant
les variations de courants. Il ne s'agit finalement que de simples
condensateurs de découplage d'alimentation comme on en rencontre
tant...
Une variante de ce montage est proposée par Sijosae :
Schéma 003b
Notez que les condensateurs sont montés en entrée du
montage et non en sortie.
Schéma 004
Et pour terminer (provisoirement), voici un mélange de ce qui a
été vu avant.
Schéma 004
Ce montage permet un débit de courant de 1 A pour la partie
positive et autant pour la partie négative. Un exemple
d'alimentation complète utilisant ce circuit est
présenté à la page Alimentation
symétrique 007.
Vous pourrez
remplacer les transistors par un couple BDX88C et BDX87C afin de porter
le courant disponible à 2 A. Notez toutefois que ces
débits ne sont possibles que si les transistors sont
montés sur un radiateur de dimensions suffisantes ! Une variante du
schéma qui précède est visible ci-après, elle met en oeuvre des
transistors darlington TIP122 (NPN) et TIP127 (PNP) et des diodes et
résistances ont été ajoutées. Le courant max de sortie est de l'ordre
de 2,5 A.
Schéma 004b
L'AOP
est cette fois un LF351 mais on peut là encore normalement utiliser un
LM741. Un condensateur de valeur comprise entre 10 uF et 100 uF
pourra éventuellement être ajouté en parallèle sur R2.
Schéma 005
Vu dans un système de commutation audio "professionnel", une
masse virtuelle réalisée avec un petit amplificateur BF
intégré de type LM380.
Avec LM380 à 8 broches
Le schéma reproduit ici ne correspond pas totalement à ce
que j'ai vu, le LM380 utilisé était un modèle
à 14 pattes et non à 8 pattes. Un potentiomètre
additionnel était présent, pour ajustage précis de
la tension de sortie à Valim / 2 (extrémités du
potentiomètres sur bornes d'alim d'entrée - entre J1 et
J2, et curseur sur la patte 1 du LM380 version 14 pattes). Ne soyez pas
surpris si les entrées inverseuse et non-inverseur de l'ampli
LM380 ne sont pas cablées, c'est normal. J'ai essayé ce
montage avec un LM380 à 8 pattes, mais j'obtenais en point
milieu de sortie (J4) une tension de 14 V au lieu de 12 V, pour une
tension d'alim en entrée de 24 V. N'ayant pas de LM380 à
14 pattes sous la main, je n'en dirai pas plus.
Avec LM380 à 14 broches
Message de Dominique F. qui a essayé ce montage de masse virtuelle avec des LM380 à 14 broches.
Je suis tombé sur votre rubrique “Masses virtuelles” et j’ai un renseignement à vous fournir. En
bas de page, vous proposez un montage (vu quelque part) utilisant un
LM380 en signalant que vous n’aviez pas de 14 pattes mais seulement des
8. De mon côté, je n’ai que des grands modèles où les pattes 3, 4, 5 et
10, 11, 12 sont réservées au(x) refroidisseur(s). En faisant le montage
sur une plaquette sans soudures, je me suis aperçu que les cinq LM380
essayés se mettent systématiquement à osciller et la sortie se bloque à
un peu moins de 3 V lorsque ces pattes sont reliées à la masse ! Quand
je les déconnecte de la masse, tout rentre dans l’ordre et avec 15 V en
alim, j’obtiens 7,4 V en sortie et 9,6 V pour 20 V. Ce qui me paraît
acceptable. Je sais que ces plaquettes sans soudures sont souvent
sujettes à controverse (mauvais contacts et oscillations parasites en
HF, etc.), mais je n’ai jamais eu de pb en BF. Dans cette application
précise du LM380, je pense qu’il est donc déconseillé de relier ces
pattes à la masse. J’espère que ce renseignement vous servira ainsi
qu’à vos lecteurs (si vous pensez utile de le reporter dans vos
articles).
Oui, cela me semble utile d'en faire part aux autres lecteurs. Merci Dominique pour ce retour d'expérience.
Autres solutions
Il existe sur le marché de l'électronique, des composants
spécialement conçus pour ajouter une masse virtuelle. Le
circuit TLE2425 de
Texas Instrument, se contentant de trois pattes, en est un exemple.
Voir aussi le TLE2426, de la même famille.
Historique
29/01/2012
- Ajout informations concernant le montage avec LM380 à 14 broches, merci à Dominique F. pour ses retours d'expérience.
