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Electronique > Réalisations > Amplificateur commandé en tension (VCA) 006

Dernière mise à jour : 01/04/2018

Présentation

Atténuateur/amplificateur stéréo à base de THAT2180, dont l'atténuation ou le gain est commandé en tension.

vca_006_pcb_3d_a

La commande en tension est initialement prévue pour couvrir une plage de 0 V (atténuation de -90 dB) à +10 V (gain de +30 dB) mais cette plage peut être modifiée. L'alimentation du montage s'effectue avec une tension double (symétrique) de +/-15 V.

Rappels sur le THAT 2180

Le circuit intégré THAT2180 est un amplificateur commandé en tension qui peut travailler sur une large plage dynamique, de -90 dB à +30 dB (et même de -100 dB à +40 dB). Sa consommation en courant est comprise entre 2,5 mA et 4 mA. Il dispose de deux broches de commande en tension, appelées Ec+ (broche 2) et Ec- (broche 3). La pente qui lie la valeur du gain à la tension de commande est constante et vaut (en valeur absolue) 6,1 mV/dB, avec un gain de 0 dB pour une tension de commande de 0 V, voir courbes suivantes :

that2180_gain_vs_ucde_001

La commande en tension peut être choisie négative ou positive, selon l'entrée de commande utilisée :

Comme on peut le constater, la tension de commande doit pouvoir être négative ou positive si on veut profiter de la plage complète -90 dB à +30 dB. Si on se restreint à une tension de commande purement positive, on a le choix entre utiliser la broche EC+ et dans ce cas être limité à une plage de réglage de 30 dB (amplification de 0 dB à +30 dB), ou utiliser la broche EC- et dans ce cas être limité à une plage de réglage de 90 dB (atténuation de 0 dB à -90 dB). Il faut bien tenir compte du fait que le sens de la pente du gain (ou de l'atténuation) est inversée selon qu'on applique la tension de commande sur EC- ou EC+. A vue de nez, on pourrait se dire que la broche EC+ peut être mise à contribution pour réaliser un VCA, et que la broche EC- est plus adaptée pour un compresseur ou limiteur de modulation. En tout cas, et même s'il n'y a aucune obligation de ce côté-là, suivre ce raisonnement permet sûrement de limiter le nombre de composants requis pour la partie commande.


Remarques :

Schéma

Ce schéma est structuré selon les bons conseils de son fabricant, je n'innove pas beaucoup.

vca_006

Les condensateurs de liaison C101 et C201 évitent toute perturbation lié à la présence d'une tension continue superposée au signal audio appliqué à l'entrée. Les condensateur C102 et C202 "compensent" la capacité parasite présente en sortie des THAT2180 et limitent la bande passante dans le haut du spectre, ce qui contribue à une meilleur stabilité de l'ensemble (surtout des AOP de sortie qui dans ce contexte précis sont plutôt chatouilleux). Le THAT2180 est monté en série avec un AOP de "bonne qualité", le gain global pour une tension de commande de 0 V est déterminé par la valeur des résistances R101 et R103 pour la voie gauche (moitié supérieure du schéma), R201 et R203 pour la voie droite (moitié inférieure du schéma). La valeur des résistances R101 et R201 ne doit pas descendre sous 10 kO sous peine de voir le taux de distorsion remonter confortablement dans les fréquences élevées. Il faut savoir en effet que l'entrée du THAT2180 ne se fait pas en tension mais en courant, et qu'une résistance doit donc être ajoutée en série pour convertir en courant, la tension du signal BF d'entrée (le courant d'entrée ne doit pas dépasser 1 mA sur les crêtes de modulation si on veut garder un taux de distorsion correct). Sachant cela, pourquoi voudrait-on baisser la valeur de R101 ou R201 ? Tout simplement pour gagner en rapport S/B (Signal/Bruit), ce dernier étant de 6 dB meilleur avec une résistance de 10 kO par rapport à la valeur de 20 kO. Tel quel, le circuit accepte une tension d'entrée de 10 Vrms pour un gain de 0 dB ou moins, on peut aller jusqu'à 1,7 Vrms pour un gain de +15 dB (ce qui correspond à environ 10 Vrms en sortie). La ou les tensions de commande (on peut coupler ou isoler les deux voies G et D) arrivent sur les points notés UcdeL (pour la voie gauche) et UcdeR (voie droite). C'est cette tension qui doit évoluer entre -540 mV et +180 mV ou entre -180 mV et +540 mV, selon entrée de commande utilisée (EC+ ou EC-). La sortie se fait en courant et non en tension, elle est prévue pour attaquer un noeud de masse virtuelle pour effectuer la conversion courant/tension. C'est pourquoi la borne + de l'AOP qui fait suite est reliée à la masse (la broche - de ce même AOP se retrouve à la masse de façon "virtuelle").

Choix du THAT2180
Le THAT2180 est proposé en trois versions, A, B et C. La version A correspond au circuit de plus haute qualité, taux de distorsion moindre, niveau de bruit moindre et tension continue (offset) en sortie moindre. Bien sûr, cette version A est d'un coût plus élevé.

Ma philosophie
Un bien grand mot... le THAT2180 peut être utilisé comme atténuateur ou comme amplificateur, avec une évolution positive ou négative du gain quand la tension de commande augmente. Dans la majorité des applications (limiteur, compresseur, VCA, filtre variable, etc), vous pourrez vous contenter d'un étage d'adaptation standard pour disposer de la tension de commande qui va bien (via un redresseur BF suivi d'une cellule de réglage Attack/Release, par exemple). Pour ma part, je souhaitais concevoir un circuit "universel" qui ouvre de nouvelles portes : tension de commande maléable à volonté, et sélection du sens de la pente de variation. Le but de ce circuit de commande est de permettre quelques expérimentations. Il ne répond pas à un usage "net et précis", même si à la base l'idée est bien de réaliser un VCA. Voici la bête :

vca_006_cde_001

Ce circuit est certes plus compliqué qu'un simple AOP monté en suiveur de tension, mais il permet de spécifier différentes plages de variation pour la tension de commande des THAT2180, et ceci pour une plage d'entrée (tension sur J2/Cde) exclusivement positive de 0 à +10 V :

Remarque : quand l'entrée EC+ est utilisée, l'entrée EC- est à la masse, et quand l'entrée EC- est utilisée, l'entrée EC+ est à la masse. Pour ma part j'ai utilisé l'entrée EC- (entrée EC+ à la masse), c'est arbitraire.

Le premier AOP U4:A est câblé en opérateur mathématique basique, il permet de combiner la tension positive initiale venant de la source 0..+10 V, avec une petite tension négative pour décaler l'ensemble "vers le bas". Le second AOP U4:B est monté de façon un peu curieuse, je l'admet. Il permet de laisser telle quelle ou d'inverser la polarité de la tension de sortie du premier AOP. Une plage de variation de -540 mV à +180 mV peut ainsi être transformée en une variation de de +540 mV à -180 mV. Vous voyez l'idée ? Bien sûr, on aurait pu se contenter d'un simple AOP monté en inverseur de gain unitaire pour cette opération, mais je trouvais plus amusant de pouvoir passer de manière progressive du signal intact au signal inversé avec l'aide d'un potentiomètre. Nous avons donc, pour résumer, trois organes de réglage, rien que ça :

Notez bien que la valeur donnée aux composants de ce circuit répond à un besoin initial de disposer d'une plage de commande -540 mV à +180 mV ou -180 mV à +540 mV à partir d'une tension de commande comprise entre 0 et +10 V. Une autre plage de tension de commande peut être envisagée en modifiant la valeur de quelques composants. Attention toutefois au premier étage basé sur U4:A, le rapport des résistances R1/R2 doit de préférence rester égal au rapport des résistances R3/R4, cela facilite les réglages ;-)

Avec ce circuit, voici un exemple de la plage de variation possible (valeurs d'atténuation ou d'amplification arrondies) :
Cde = 0,0 V -> -93 dB
Cde = 1,0 V -> -81 dB
Cde = 2,0 V -> -69 dB
Cde = 3,0 V -> -56 dB
Cde = 4,0 V -> -44 dB
Cde = 5,0 V -> -32 dB
Cde = 6,0 V -> -19 dB
Cde = 7,0 V -> -6 dB
Cde = 8,0 V -> +6 dB
Cde = 9,0 V -> +18 dB
Cde = 10,0 V -> +31 dB

Remarques:

- j'ai simulé ce circuit de commande mais ne l'ai pas testé en pratique ! Je serais heureux d'avoir un retour si vous dégainez plus vite que moi.
- ne pas remplacer le NE5532 par un LM358 (risque plus élevé d'entrée en oscillation du THAT2180).

Circuit imprimé

Non réalisé, vue 3D pour aperçu général.

Historique

01/04/2018
- Ajout d'informations sur le risque d'augmentation de la distorsion avec une commande déportée de plusieurs mètres.
01/06/2014
- Première mise à disposition.