Mixage et amplification audio#

Ce montage a pour objectif de mélanger troix signaux audio, de les amplifier et de fournir une puissance de 10W à une enceinte.

Cahier des charges#

Voici les caractéristiques macroscopiques requises pour le circuit.

Chacune des trois sources ont une tension efficace de 0.1V et une impédance de sortie considérée infinie.
Le signal en sortie doit fournir une puissance de 10W à une enceinte de 8 Ohm.
Le niveau de chacune des 3 sources doit être réglable entre 0 et 100% de la puissance maximale.
Le niveau total doit aussi être réglable entre 0 et 100% de la puissance maximale.
Les fréquences utiles du montage sont entre 20Hz à 20kHz. Pour ces fréquences, une erreur maximale de 5% sur le gain est tolérée.

Tracer 3 signaux en entrée (un signal triangulaire, un signal carré et un signal sinusoïdal) et tracer le courant en sortie du montage.
Analyser le circuit par blocs
1. Identifier la fonction de chacun des 3 blocs représentés sur le schéma du montage
2. Pour chaque bloc, identifier le type de grandeurs physiques en entrée et en sortie
3. Pour chaque bloc, tracer le schéma de la sortie en fonction de l’entrée (transient)

Pour le tracé des schémas, n’importe quel outil ou logiciel est accepté. Python ou Excel sont cependant conseillés.

Identifier les deux montages à amplificateurs opérationnels du préamplificateur.
Déterminer la fonction de transfert idéale \(H_i = \frac{V_{out}}{V_{i}}\) en considérant les autres entrées à la masse (et le justifier via le théorème de superposition).
- Dégager la fonction de transfert en considérant toutes les résistances comme fixes.
- Identifier les éléments résistifs à rendre variable pour obtenir un réglage du gain indépendant pour chaque entrée.
- Analyser et justifier, en faisant appel aux équivalents de Thévenin, le recours à ces potentiomètres. Plus d’informations se trouvent ici.
Dimensionner le filtre passe-haut formé par le montage d’amplification et les condensateurs \(C_i\):
- Déterminer la fonction de transfert de l’amplificateur en tenant compte de ce filtre
- Justifier l’utilisé de ce filtre
- Dimensionner les condensateurs afin d’obtenir une fréquence de coupure de 3Hz (et justifier le choix de cette fréquence).
Esquisser le diagramme de Bode de la fonction de transfert de l’étage de pré-amplification en gardant le modèle idéal de l’amplificateur opérationnel.
Déterminer la bande passante de l’étage de pré-amplification en tenant compte de la limite en fréquence de l’amplificateur opérationnel et esquisser le diagramme de Bode en en tenant compte.

Déterminer la fonction de transfert idéale du préamplificateur.
Identifier l’élément à rendre variable pour pouvoir régler le gain total.
Déterminer la bande passante de cet étage et esquisser le diagramme de Bode
Justifier l’utilité de 2 étages séparés pour la pré-amplification en se basant sur la limite en fréquence des amplificateurs opérationnels utilisés.

Le système peut être représenté d’un point de vue macroscopique par la figure suivante.

Il peut être détaillé par le schéma-bloc suivant.

Le mixer a 2 rôles: il additionne les 3 signaux d’entrée (en permettant de régler le niveau de chacun) et applique une amplification en tension.
Le pré-amplificateur applique une deuxième amplification en tension et permet de régler le gain total.
L’amplificateur de puissance amplifie le courant pour fournir la puissance nécessaire à l’enceinte (en gardant un gain en tension de 1).

Le schéma du mixer est donné ci-dessous.

Le schéma du pré-amplificateur est donné ci-dessous.

Le schéma de l’amplificateur de puissance est donné ci-dessous.