Critique de schémas de circuits de protection des HP


!!! Raccordement de voies droite et gauche sur un même circuit de détection d’offset.

Un schéma qu’on rencontre trop souvent.

Critique  systemes de sécurité HP 4

Cliquez sur les images des schémas et graphiques pour les agrandir

Les résistances R1 et R2 en // avec R3, forment un pont diviseur, en sortie sur 5 V d’offset il reste 5 V x 11/33 = 1,66 V.

R2 est bien mis en // avec R3 , car il faut compter avec la résistance interne de la source ~ 0 ohm.

Critique  systemes de sécurité HP 2

Pour détecter un offset, il faut au moins qu’il dépasse 0,6 V : le seuil Vbe de conduction d’un transistor.

Avec un tel atténuateur de 1/3 on ne pourra pas détecter d’offset < 1,8 V

Un ampli qui a un offset de plus de 50 mV est considéré comme ayant un problème, alors 1,8v !!!!

Regardons avec un systèmes de filtrage séparé pour chaque voie (schématise ci dessous pour une seule voie )

Critique  systemes de sécurité HP 3

Critique  systemes de sécurité HP 1

On a aucune atténuation de l’offset : pour 5 V on retrouve 5 V

On pourra donc détecter des offsets > 0,6V ( au lieu de 1,8 V ).

Dans le doute , avec des cartes de protection pas chères, il faut en installer une par voie et attaquer les deux entrées L et R de chaque carte, pour réduire l’atténuation..

Comme ceci :

Critique  systemes de sécurité HP 6

Critique  systemes de sécurité HP 7

Pour 5 V d’offset sortie ampli on a 4 V envoyés au circuit de détection soit une atténuation de 0,8 fois. On pourra alors détecter des offsets de 750 mV.

Mieux, si on peut enlever la résistance de pied R3, car on a doublé le foin par rapport au schéma correct ( résistance du filtre RC deux fois plus faible en les mettant en //).

Le foin a plus de 1 Vcc est supérieur au seuil de détection ( 0,6 V ), ça peut poser des problèmes.

Enorme vacherie de ce système : un seul filtre pour deux voies.

Je rentre dans le simulateur +10 V permanent d’offset sur la voie droite et -10 V sur la voie gauche.

Critique  systemes de sécurité HP 5

La sortie offset pour la détection est de 0 V ( avec un peu de foin, résidu de l’atténuation du filtre « signal musical » ).

Pas de défaut, les enceintes restent connectées et sont en train de cramer.

Il y a peu de chances que ça se produise, mais quand on fait une protection on ne prend pas ce risque !

Si ce sont de faibles valeurs + 1 V et – 1,5 V, on ne verra pas la dérive des offsets de l’ampli.

Si les seuils de déclenchement sont à + et – 3 V, et qu’une voie a un offset de – 2,5 V, pour déclencher l’autre voie il faudra un offset supérieur à 3 + 2,5 V, soit 5,5 V, ça fait beaucoup.

On rencontre ce système de filtrage sur pas mal de schémas du net, pour économiser un composant ou trois de 5 € (pour un fabricant ).

ICI :

c2b5pc1237_schema

Sur le Marantz PM 72 :((

Pas le pb d’atténuation, mais les offsets des deux voies peuvent s’annuler.

marantz PM72

Ils ont tout mis sur la même détection alors qu’il y en a deux distinctes pour chacune des voies dans le chip !!!

Schema_interne TA

!!! Problèmes de détection d’offset positifs et négatifs > seuil

Le schéma Tavernier :

Schema Tavernier

vu sur ce site : http://alsido-diy.franceserv.com/Alsido/Le%20DIY%20d%27Alsido%20%20Montages%20electroniques%20%20Circuit%20de%20protection%20des%20haut-parleurs.htm

En plus de l’erreur de mettre les deux voies droite et gauche qui ont chacune leur offset sur le même condo de filtrage, il comporte une autre erreur sur l’attaque des transistors qui l’obligent à séparer les + et les – et donc à rajouter des diodes, ce qui augmente encore le seuil de détection d’offset de 0,6 V.

Lorsque l’offset est négatif, en attaquant la base de T1 au lieu d’attaquer directement l’émetteur, il a rajouté une diode supplémentaire ?

J ‘ai fait le schéma uniquement de la partie détection ( en plus du filtre d’offset .

Critique  systemes de sécurité HP 8

L’offset est programmé pour varier de +2 V à -2 V.

Critique  systemes de sécurité HP 9

VM5 qui correspond à la détection Offset positif, commence à réagir à 2 V
par contre VM 4 qui correspond à détection offset négatif bascule un peu au dessus de 0 V ???

Coté détection offset négatif il y a un transistor supplémentaire qui va se saturer et se désaturer à la moindre variation de la tension collecteur de T2 ( sur le schéma Spice ) A peine les diodes commencent à dériver du courant de la base de T2, ça bascule direct.

En fait il faudrait une troisième diode, pour augmenter le seuil de déclenchement de l’offset négatif.

Ajout de la troisième diode sur le schéma.

Critique  systemes de sécurité HP 10

Il y a du progrès :

Critique  systemes de sécurité HP 11

L’offset négatif déclenche à -0,8 V.

Tandis que l’offset positif déclenche à +2 V.

Rajouter encore des diodes pour que les seuils soient symétriques ???

Ils sont tout de même à 2 V au niveau de l’entrée, c’est énorme..

Mais c’est mal barré avec ce schéma qui n’est pas symétrique.

On verra plus tard qu’en rajoutant en série au signal d’offset un signal BF ( 20 V 20 Hz ) avec le résidu de ce signal en sortie du filtre, que j’appelle le foin, celui ci n’a pas le même effet pour l’offset + et l’offset – et décale à nouveau les seuils..

A suivre

Avant de poursuivre les simulations du circuit de protection « Tavernier », quelques autres schémas de circuits de protection :

Autre schéma : Détection avec NPN et PNP :

discretSchema

DetectionNPN_PNP_1

Detection_NPNP_PNP_2

DetectionNPN_PNP_1

Une carte made in China à moins de 10 € :

carteJL

Protection enceintes JL

Avec cette disposition bizarre du schéma, ça ne saute pas immédiatement aux yeux, mais cette carte possède deux systèmes de détection d’offset + et – distincts pour chaque voie droite et gauche.

Ca ne saute pas non plus aux yeux qu’elle a exactement le même système de détection que le circuit de Toshiba TA7317P : Soit deux paires de transistors NPN ( une pour chaque voie ).

Ta7317p

Pour chaque voie une paire de transistors : Q14 à Q17

– un attaqué sur la base ( pour detect offset négatif)

– un attaqué sur l’émetteur ( pour detect offset négatif)

Tous en NPN et tous du même type.

C ‘est ce schéma de détection que j’ai retenu pour refaire la carte de protection du SU 3400, et que j’ai déjà testé.

Il offre le seuil de détection le plus bas qu’on puisse avoir ( hors utilisation d’amplis OP )

On peut avoir un offset positif sur une voie ( c’est le transistor attaqué par sa base qui va conduire ) et un offset négatif sur l’autre voie ( c’est le transistor attaqué par l’émetteur qui va conduire ), ils ne s’opposeront pas.

Après le schéma diffère du TA7317P.

Schéma de la carte chinoise entré dans le simulateur :

Carte_China

Simulation avec Offset variant de + 500 mV à – 500 mV sans aucun signal musical pour la voie gauche . ( Offset = 0 V, Musique = 0 V sur la voie droite )

tinadiag1

– 1 Essai avec une variation d’ Offset de + ou – 0,5 V sur la voie gauche.

( pas de signal musical et 0 V d’offset sur la voie droite )

tinadiag1

L ‘entrée : Offset G et la sortie K1 K2 sont repérées avec des courbes plus épaisses, en vert foncé.

Les relais montent quand le signal K1 & K2 retombe à 0.

On voit qu ‘à la mise sous tension les relais montent , puis retombent au bout d’une tempo et restent montés avec un offset qui ne dépasse pas 500 mV

2 – Ajout d’un signal « musical » 20 V & 20 Hz à l’offset

Un deuxième « générateur » est mis en série avec le générateur d’offset.

tinadiag2

On constate que les relais retombent lors des pointes d’offset positif, et ne réagissent pas aux pointes d’offset négatif.

2 – Vue de détail

tinadiag3

En sortie du filtre d’entrée passe bas, il reste un résidu du signal « musical » 20 V 20 Hz : le foin , qui s’ajoute à l’offset et qui a la même amplitude que ce faible offset.

Ainsi le signal en entrée des détecteurs de gauche dépasse 0,5 mV le seuil à partir duquel le transistor commence à conduire ( à peine ) puis continue à grimper à 640 mV et là le relais retombe.

On pourrait filtrer davantage le signal musical, mais on risque d’abrutir les variation d’offset et de retarder le déclenchement de la protection sur une variation brutale de forte amplitude.

Puis 20V 20 Hz , sont déterminés arbitrairement pour comparer les divers systèmes et c’est rare qu’on descende aussi bas..

Enfin ce n’est pas gênant , car 500 mV d’offset sur un ampli ce n’est pas normal. Si l’offset dépasse 50 mV , il faut refaire le réglage d’offset de l’ampli, mais avec ces schémas on ne sait pas détecter moins. ( il faudrait une alim double et un étage d’entrée différentiel )

Reste la question : pourquoi le relais ne retombe pas sur les pointes d’offset négatif ?

Plus loin on cherchera la cause de cette dissymétrie.

3 Augmentation de la fréquence du signal « musical » de 20 Hz à 40 Hz

tinadiag4

Le filtre d’entrée atténue plus fortement le 40 Hz, son amplitude est moins importante que celle de l’offset et le relais ne retombe plus avec un offset de + ou – 500 mV.

5 Augmentation des variations d’offset de + ou – 0,5 V à + ou – 1V

Ce qui saute aux yeux tout de suite c’est la dissymétrie de la sortie du système sur les offsets positifs et négatifs, alors que le signal d’entrée est parfaitement symétrique : +1 à – 1 V.

Ce qu’on voit moins avec le calibrage automatique de l’échelle des mesures du simulateur, c’est que pour les offsets positifs on obtient un courant de base Ib3 qui monte jusqu ‘à 40 µA ( après une pointe brève à 80 µA ), alors que le courant de base de T4 Ib4 ne monte qu’ à 180 nA.

A + 1 V le transistor T3 est franchement saturé.

A – 1V le transistor T4 n’est pas encore saturé.

Examen de l’offset positif :

tinadia5

Offset négatif :

tinadiag5

Résumé offset positif :

tinadiag5a

Résumé offset négatif :

tinadiag6

6 Augmentation Offset de + ou – 1 V à + ou – 2V ( sans signal « musical »)

Cet essai a pour but de vérifier qu’ à – 2 V si le transistor T4 est saturé.

tinadiag6

Hélas le courant de base de T4 reste < au µA , alors que le courant de base de T3 est à plusieurs centaines de µA.

C 'est surtout sur le signal Vdetect qui pilote la montée et la retombée du relais qu'il y a une dissymétrie.

– Sur les offsets positifs il descend franchement à 0 V

– Sur les offsets négatifs il descend péniblement de 2 V à 1 V

7 Ajout du signal "musical" 20 V 20 kHz

tinadiag7

Ca ne change pas grand chose à l’affaire.

La carte fonctionne, mais c’est un peu tiré par les cheveux.

Avec le même principe de détection : deux paires de transistors PNP avec attaque de la base pour l’un et sur l’émetteur pour l’autre, sur mon schéma je n’ai pas une telle dissymétrie, et ça commute franchement.

Ce principe est bon au départ et il est parfaitement symétrique :

je suis partie de zéro avec des transistors et des générateurs indépendants , puis j’ai fait évoluer le schéma pour arriver à cette étape du montage chinois.

Essai 4

Jusque là le fonctionnement sur offset + et offset – est parfaitement symétrique.

Le fait d’ajouter le condensateur de la tempo , fait apparaitre une pointe de courant sur les deux transistors dès qu’ils commencent à conduire, le temps que la capa se vide.:

Essai 5

Mais les choses se gâtent dès que j’insère le filtre entre le générateur de l’offset et le circuit de détection :

Essai 6

Pour la simulation j ‘ai utilisé des générateurs parfaits : impédance de sortie = 0.

Avec le filtre on rajoute une impédance à l’entrée du système de détection..

Pour la détection d’offset positif , elle est en série dans la base.

Elle n’est donc traversée que par le courant de base Ib

Pour la détection d’offset négatif, elle est en série avec l’émetteur de l’autre transistor.

Elle est traversée par le courant de base, plus le courant de collecteur beaucoup plus important ; celui ci y produit une tension positive qui vient s’opposer au signal négatif du générateur d’offset et remonte la tension émetteur, ce qui réduit le Vbe d’une dizaine de mV.

Mais dans cette zone de la courbe, Ib/Vbe, une faible variation de Vbe provoque une grande variation de Ib.

En sortie du système de détection :

Les quatre collecteurs attaquent le point milieu d’un pont diviseur formé par une résistance de 100 k et une de 15 k : Une charge trop importante .

Les deux transistors pilotés par l’émetteur pour les offsets négatifs, n’arrivent pas à saturer et à faire tomber Vdetect à zéro.

En plus le condensateur qui assure la tempo, se vide lors que un des quatre transistor de détection conduit.

Mais ce système arrive bien trop tôt dans le schéma et perturbe la détection.

Le pont diviseur 15k/100k atténue considérablement le signal utile, pour piloter par le Vbe les transistors ( darlington ) qui pilotent le relais.

Pour le schéma de ma carte, j’ai voulu que la détection s’occupe uniquement de détecter.

Aussi les quatre transistors partagent une résistance commune dans leur collecteur, d’une grande valeur : 470 k pour avoir un faible Ic ( 12/0,47 Mohms = 25 µA ) et arriver plus vite à la saturation avec un faible Ib , et obtenir une grande amplitude de variation : 12 V.

En série avec cette résistance , coté + 12V ( avec une variante coté collecteurs ) se trouve la jonction base émetteur d’un transitor PNP.

Même avec un très faible courant de base il sera saturé, et la charge qu’il a derrière ne viendra pas perturber la détection.

Ainsi j’arrive à obtenir des seuils de détection d’offset plus faibles et pratiquement symétriques.

Mais j’envisage de dégrouper les deux paires de transistors ( une paire pour chaque voie ) et d’attaquer la base de deux PNP qui partageront une résistance de collecteur commune, pour éviter les interactions d’une voie sur l’autre, lorsqu’elles partagent un même « rail » commun sur leur collecteur.

Ça coute qq transistors en plus ( j’ai la place ), mais les fonctions sont bien séparées et ne perturbent pas les autres.

La tempo sera également une fonction séparée et derrière on travaille en logique binaire ( au lieu de faire un mix en analogique ) : une modification de la valeur de tempo ne modifiera pas les seuils de détection.

à suivre

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2 commentaires pour Critique de schémas de circuits de protection des HP

  1. Jean-Louis dit :

    Très bonne analyse bien détaillé.
    Tout ce qu’il faut pour qu’un novice arrive à comprendre.
    Merci pour tout ces détails.

    Jean-Louis

  2. jacqueline73 dit :

    Merci 😉

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