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Electronique > Réalisations > Commutateurs audio > Commutateur audio 003

Dernière mise à jour : 10/04/2011

Présentation

Ce commutateur audio est commandé de façon électronique, à partir de boutons poussoirs (poussoirs de tableau ou footswitches). Une voie d'entrée peut être routée vers une sortie parmi trois, ou une entrée parmis trois peut être sélectionnée et être routée vers une sortie unique. Cette bidirectionnalité est obtenue grace à l'usage de relais électromécaniques. Une voie à la fois peut être sélectionnée, en fonction du poussoir actionné. Dans aucun cas il ne peux y avoir deux voies sélectionnées en même temps. La voie sélectionnée est mémorisée tant que le montage reste sous tension, et ce même quand le bouton poussoir de la voie choisie est relaché.

Schéma

Le schéma qui suit ne fait appel qu'à des composants courants, et vous n'aurez aucune difficulté à vous les procurer.



Ce schéma ne montre que la partie commande à proprement parler, la section "routage" des signaux BF est indiquée un peu plus loin (ceci pour simplifier la compréhension du montage).

Coeur du montage

Il repose sur l'emploi d'un composant un peu moins connu que les traditionnelles portes logiques, à savoir un démultiplexeur (appelé aussi décodeur) BCD décimal, qui "transforme" un code binaire sur 4 entrées (4 bits), en un code décimal sur 10 sorties. Une ou plusieurs entrées peuvent être actives en même temps (puisqu'il s'agit d'un code binaire), mais une seule sortie peut être active la fois. Le circuit qui assure ici cette fonction est un CD4028, qui possède 4 entrées et 10 sorties, et qui suffit pour "gérer" 3 voies. Dans l'application qui nous concerne, nous n'allons utiliser que trois cas parmi les 16 cas possibles avec 4 bits de données, ces trois cas seront les suivants :
- 1er cas : entrée A (broche 10) du CD4028 à l'état logique haut (+V), autres entrées à l'état logique bas (0V)
- 2ème cas : entrée B (broche 13) du CD4028 à l'état logique haut (+V), autres entrées à l'état logique bas (0V)
- 3ème cas : entrée C (broche 12) du CD4028 à l'état logique haut (+V), autres entrées à l'état logique bas (0V)
Dans le 1er cas (broche 10 du CD4028 à l'état logique haut), c'est la sortie Q1 (broche 14) qui est activée. Dans le 2ème cas (broche 13 du CD4028 à l'état logique haut), c'est la sortie Q2 (broche 2) qui est activée.  Et dans le 3ème cas (broche 12 du CD4028 à l'état logique haut), c'est la sortie Q4 (broche 14) qui est activée. Pour gérer 4 voies, il suffit d'exploiter l'entrée D (broche 11) du CD4028, et d'utiliser la sortie Q8 (broche 9) comme le sont les autres sorties exploitées. Cette entrée D est actuellement utilisée pour que la sortie sélectionnée à la mise sous tension soit justement cette sortie Q8, vous pourrez donc déconnecter cette "remise à zéro" (assurée par C1 et R13) sans soucis aucun.

Selection de l'entrée

La voie sélectionnée dépend du poussoir qui sera enfoncé : SW1, SW2 ou SW3. Lorsqu'un bouton poussoir est enfoncé, un état logique bas est appliqué aux deux entrées de la porte logique correspondante du CD4011. Ces portes logiques ont été ajoutée pour permettre l'activation à partir de poussoir raccordés à la masse (comme il s'agit de portes NAND et que leurs deux entrées sont reliées ensembles, elles se comportent en inverseur). Si pour votre application les poussoirs peuvent être raccordé au +V, vous pouvez alors supprimer les portes logiques (le CI CD4011), les diodes D1 à D3 et les résistances R10 à R12. Bien entendu dans ce cas, il faudra inverser la position des poussoirs et des résistances associées R1 à R3 (résistances à la masse et poussoirs au +V). Voir ci-dessous.

Choix de la voie sélectionnée lors de la mise sous tension

Si vous souhaitez qu'une voie parmi les trois soit toujours sélectionnée à la mise sous tension, rien de plus simple : il vous suffit de remplacer les trois résistances R1 à R3 de 47 KO par des 220 KO, et d'ajouter un condensateur de valeur comprise entre 470 nF et 1 uF en parallèle sur le bouton poussoir qui correspond à la voie à activer par défaut (s'il est de type polarisé, penser à le brancher dans le bon sens). A la mise sous tension, le condensateur est en effet déchargé et se comporte comme un court-circuit, simulant ainsi simplement une action sur le bouton poussoir en question. L'augmentation de la valeur des résistances R1 à R3 évite juste d'employer une valeur trop élevée pour le condensateur à ajouter.

Mémorisation de la voie sélectionnée

Elle est assurée par un usage judicieux de diodes de commutation, qui permettent ici de "reboucler" la sortie sélectionnée vers l'entrée qui a provoqué sont activation. Ainsi, l'état haut de la sortie activée active en permanence l'entrée concernée, ce qui fait comme si le poussoir n'était jamais relaché, même quand il l'est. Prenons l'exemple de l'activation de l'entrée B (broche 13) du CD4028, alors que la voie sélectionnée en cours est la troisième (entrées C, sortie Q4). Si l'on applique un état haut sur cette entrée, en appuyant sur le poussoir SW2, la sortie Q2 (broche 2) s'active, et la diode D5 ramène l'état haut de cette sortie sur l'entrée B. La boucle est bouclée. Les trois copies d'écran ci-dessous vous montrent les étapes de l'opération : état actif en cours de la voie 3 (copie d'écran 1), appui sur le poussoir 2 (copie d'écran 2), relachement du poussoir 2 (copie d'écran 3). Les points carrés bleus représentent un état logique bas, et les points carrés rouges représentent un état logique haut.

Partie "puissance"

Le circuit intégré CD4028 n'est pas en mesure de délivrer assez de courant pour pouvoir piloter directement un relais électromécanique. C'est pourquoi un petit étage à transistor fait office de tampon (amplificateur de courant) pour chacune des trois sorties. Chaque transistor conduit quand la sortie à laquelle il est raccordé passe à l'état haut (sortie Q1 - broche 14 du CD4028 - pour le transistor Q1 par exemple). La conduction du transistor occasionne le passage d'un courant entre son émetteur et son collecteur, et le relais qui lui est associé (RL1 pour Q1 par exemple) passe en position Travail (on dit aussi qu'il "colle"). Les diodes D7 à D9, placées en parallèle sur la bobine des relais (elles sont cablées en sens inverse) évitent la destruction des transistors qui pourrait survenir à cause des surtensions causées par la bobine, lors des commutations.

Alimentation

Une alimentation simple de +5V à +12V de ce type convient parfaitement pour les circuits intégrés utilisés ici. Attention, la tension de commande des relais (tension nominale) doit correspondre à la tension d'alimentation choisie !

Routage des signaux BF

Terme un peux pompeux que le mot "routage", mais il exprime tout de même bien de quoi il s'agit. Nous avons vu la partie commande, nous allons maintenant voir la partie commutation des relais, avec le schéma ci-dessous.



Rien de bien extraordinaire en somme. Un relais et un seul est actif à la fois (aucun ne l'est sur le schéma qui précède). Chaque relais n'est ni plus ni moins qu'un double interrupteur, qui ne laisse pas passer le signal audio quand il est au repos, et qui le laisse passer quand il est en position travail. Si vous observez bien ce schéma, vous remarquerez que les relais sont d'ailleurs cablés de façon identique.

Choix des relais

Il existe plusieurs relais pouvant être utilisés pour la présente application. Mais comme pour tout relais, il faut tout de même choisir un modèle approprié aux signaux de commande et aux signaux à commuter. Comme les signaux à commuter ne sont pas des signaux de puissance, il ne faudra pas chosir un relais ayant un fort pouvoir de coupure, car en général ce genre de relais compte sur un courant minimal pour autonettoyer ses contacts. Non, prenez plutôt des relais classiques, dont l'empattement est bien standardisé (ils peuvent se monter sur un support standard de circuit intégré à 16 pattes), et qui ressemblent à ceux-ci :



Si pour vous, la fiabilité dans le temps est un critère très important, choisissez des relais avec contact dorés, ils vous feront un long usage. Il existe aussi des relais étanches, dans lesquels la poussière ne risque pas d'entrer et de se mettre entre les contacts, mais vous devez bien imaginer que ces "super" relais coutent un peu plus chers que les normaux. Que dire du bruit de commutation des relais... ces derniers font en effet un petit bruit au moment où ils changent d'état, ce qui peut gêner certains utilisateurs. Personnellement, ce n'est pas le genre de chose qui m'ennuie. Vous pouvez aussi essayer des relais minitaures de type "reed", qui ont la forme d'un circuit intégré. Pour ce qui est de la tension de commande, choisissez votre relais en fonction de l'alimentation du système de commande, sachant que les relais ont généralement des tensions de commandes de 5V, 12V ou 24V. Si vous optez pour une alimentation de 12V, pas de problème, il vous faut un relais 12V. Si vous optez pour une alimentation de 9V, il sera préférable de prendre un relais 5V et de placer en série avec sa bobine, une petite led rouge, qui abaissera la tension aux bornes de la bobine à une valeur convenable (ainsi le relais ne chauffera pas trop), et qui en même temps servira de témoins de commutation.

Prototype

Réalisé sur plaque sans soudure.



Ici seules des LED sont commandées, mais le principe reste rigoureusement le même pour la commande des relais en passant par des transistors.

Historique

10/04/2011
- Sur l'extrait de schéma indiquant comment connecter les boutons poussoir SW1 à SW3 côté pôle positif de l'alimentation, j'avais laissé la broche D du CD4028 (U1) en l'air. Guillaume, qui s'est arraché quelques cheveux parce que le montage fonctionnait de façon erratique dans ce mode de câblage (économie du CD4011) a échangé quelques mails avec moi jusqu'à ce qu'on se rende compte de mon oubli. Une fois la broche D reliée à la masse, ses yeux brillants ont éclairé des km à la ronde.