Quelques petites manipulations simples.
Comme tout nouvel outil qui prend place dans le laboratoire, PICOSYNTHÉ doit être apprivoisé. Certaines de ses fonctions sont élémentaires, d’autres plus subtiles imposent une petite expérience pour en tirer le meilleur parti. Nous allons commencer par des manipulations élémentaires qui n’imposent que quelques fils et des composants vraiment courants interconnectés sur une platine d’expérimentation à rangées de contacts. Un petit transformateur secteur fournissant environ 6V~ au secondaire sera également le bienvenu. Allez, la dernière vis vient de refermer le couvercle et toutes les fonctions du MENU semblent présenter un comportement normal.
Élémentaire mon cher Arduino !
Commençons par des manipulations simplistes pour valider divers éléments de notre appareil de mesure. Prise secteur non utilisée bien protégée par son bouchon isolant, on place éventuellement l’adaptateur « RESET » sur la DB9. Puis, avec courage et détermination on enlève le strap sur le connecteur de la LED jaune d’état. Puis on ponte le picot central sur la broche +5Vcc. La LED doit s’allumer. C’est facile, c’est simple et surtout ça rassure !
Fort de ce brillant succès, on enlève le strap du galvanomètre. On ponte GND et la sortie +5Vcc sur les extrémités d’un potentiomètre quelconque. Un modèle de 50kΩ environ convient parfaitement. Le curseur est relié au picot central du connecteur du galvanomètre. Quand on couvre la plage angulaire du potentiomètre, l’aiguille doit se déplacer entre 0 et la déviation maximale vers la droite. Débrancher le +5Vcc et ponter cette fois sur la broche en retrait du -5Vcc. La déviation maintenant doit se faire entre le centre et pratiquement la butée gauche du galvanomètre. Nous avons validé ainsi les deux broches d’alimentation ainsi que la sensibilité de déviation du galvanomètre.
Débranchons tous les fils et ponter le -5Vcc sur l’entrée A. La petite LED verte qui signale une inversion de polarité sur l’entrée A doit s’allumer. Faire pareil avec l’entrée B. C’est tout bon, la protection pour parer des tensions négatives est confirmée.
Brancher l’une des bornes du secondaire du transformateur secteur basse tension sur GND. L’autre borne est branchée sur l’entrée A puis sur l’entrée B. Les deux LED de surcharge vertes et rouges doivent s’allumer. ATTENTION pour cette manipulation à ne pas risquer de toucher les deux broches centrales, car le transformateur serait mis en court-circuit !
Et si le transformateur fournit 12V~ au lieu de 6V~ ? Peu importe, les deux petites LED seront plus lumineuses, c’est tout. Ne pas insister, protection vérifiée ne doit pas inciter à l’abus. Débrancher les deux sorties du transformateur. Si vous ne possédez pas de transformateur abaisseur de tension, une petite pile de 9V branchée dans un sens puis dans l’autre vous sauvera de cette situation tragique.
Valider l’amplificateur à large bande et le dispositif d’OFFSET n’est pas bien compliqué. Quelle que soit la fonction en cours sélectionnée dans le MENU de base, relier l’entrée E du connecteur Amplif. sur GND. Replacer le strap du galvanomètre dans sa position « normale », c’est à dire pour mesurer la tension que fournit l’amplificateur opérationnel sur sa sortie. Placer le potentiomètre de GAIN sur la sensibilité minimale. Tourner le bouton du potentiomètre OFFSET sur l’intégralité de la plage angulaire possible. Globalement l’aiguille du galvanomètre doit se déplacer à moitié plage de déviation entre la gauche et la droite. Recentrer l’aiguille. Passer le gain de l’amplificateur au maximum. L’aiguille va probablement se décentrer. Réajuster OFFSET pour la ramener bien au centre, la Fig.53 montrant une manipulation soignée. Si le bouton du potentiomètre est bien calé sur l’axe, comme le montre la Fig.54, normalement l’index doit être exactement vers le haut en position centrale. Ainsi nous saurons à l’avance, que dans cette position la tension d’OFFSET est nulle. Toutes ces observations et conclusions ne sont valables que si au préalable, avant d’avoir refermé le couvercle, le zéro mécanique du galvanomètre a été soigneusement affiné par le zéro électrique dont il est question dans le chapitre Un tantinet de luxe du didacticiel. Ce n’est qu’après avoir finement « calibré » le galvanomètre qu’il devient à son tour un élément de gestion du reste de l’électronique tant intérieure qu’extérieure à notre générateur.
Facile ne veut pas dire inutile.
Cantonné dans des branchements évidents, nous allons poursuivre nos investigations. Avant de pouvoir faire confiance en un appareil de mesure quel qu’il soit, il faut s’assurer de sa fiabilité sous tous les aspects. Les vérifications à conduire ne sont pas forcément compliquées et relèvent souvent d’une logique simple comme la suite va nous le démontrer.
RESET ! Puis pontez la LED jaune de servitude à droite du connecteur vers SYN. ATTENTION, à partir d’ici la LED jaune du bas ne signale plus l’enfoncement long des touches du clavier. Dans le MENU, sélectionnez la fonction GENERATEUR F.S.K. Avec le capteur rotatif choisissez l’option de déclenchement manuel de séquence S. Tout clic sur FC- court doit engendrer un court flash lumineux sur le LED jaune. Prendre garde à placer le laboratoire dans une ambiance sombre, car cet éclair est court, une milliseconde. Si la clarté dans le local est importante, il passera totalement inaperçu. Replacez le strap à gauche en position standard.
Validez la fonction GENERATEUR DE CODE avec laquelle nous allons faire un peu d’audio. Pontez l’une des deux sorties SINUS sur la ligne 8Ω juste à coté sur le connecteur HE14. Poussez au maximum le niveau de sortie du synthétiseur. Déclenchez une séquence avec FC- court. À peine si la séquence musicale par défaut est audible. C’est assez normal puisque l’onde fournie ne fait qu’un seul petit volt crête à crête, et que la résistance de protection de 220Ω diminue de façon exagérée l’amplitude du signal sur le transducteur.
Un petit clic sur le bouton central du capteur rotatif pour passer en mode « tonalités individuelles ». Tourner le bouton pour sélectionner la note qui vous semblera la plus agréable. Vous allez constater qu’au bout d’un certain temps, vous allez bénir cette 220Ω car souvent lors d’actions électroniques on est amené à supporter sur de longues périodes de telles « agressions ». Quand vous travaillez sur un montage en cours d’élaboration, vous ne pouvez pas passer votre temps à ponter ou débrancher ce fil.
Bon, on continue : Activez la fonction GENERATEUR DE NOTES.
Nouveau clic sur FC- court … silence ! Pourtant la théorie prévoit une séquence par défaut qui devrait s’entendre sans problème. Approchez l’oreille du petit haut-parleur et recommencez. C’est le mutisme absolu, l’appareil serait en panne ? Le logiciel allergique aux notes de musique ?
En collant l’oreille contre le coffret, je devine à peine la succession des notes de la gamme par défaut. C’est assez curieux, car l’amplitude de l’onde est identique à celle du GENERATEUR DE CODE. Pour expliquer ce constat on peut invoquer la sensibilité de notre oreille en fonction des fréquences générées, ou la bande passante du haut-parleur etc. Peu importe, le résultat est là.
Brancher la ligne 220Ω sur l’une des deux sorties TTL. Validez cette dernière avec l’inverseur dédié. Cette fois les notes déclenchées par FC- court sont bien audibles. Le son est forcément « moins rond » qu’avec les sinusoïdes car les signaux binaires il y a beaucoup d’harmoniques, mais on entend bien les sons musicaux. En plus, si ils nous saturent l’environnement quand ils sont générés en permanence pour des raisons techniques diverses, basculer l’inverseur pour suspendre ou valider leur présence sera rapide et facile. C’est fait, le générateur AD9850 est validé à son tour.
Ponter directement l’une des deux sorties SINUS sur la douille rouge du haut-parleur élimine la résistance de 220Ω. Le déclenchement d’une séquence montre encore la discrétion du transducteur acoustique. Pourtant, si l’on revient au GENERATEUR DE CODE, la séquence sonore est bien audible. Reprendre sur le GENERATEUR DE NOTES. Clic sur le bouton central du capteur rotatif et tourner ce dernier pour valider le FA Indice 3. La fréquence est de 349Hz. Cliquer sur la touche FC- long jusqu’à valider le GENERATEUR BF / HF. Pour QRG INF proposez 300Hz et pour QRG SUP saisissez la fréquence de 1000Hz. Balayer la plage de ces fréquences montre clairement qu’en dessous de 600Hz le son devient de plus en plus discret. À 500Hz on ne l’entend plus dès que notre oreille est à plus de 10cm du coffret.
CONCLUSION : Il est tout à fait possible que ces constats soient influencés par l’âge de l’auteur de ces lignes. Toutefois, généralement c’est dans le haut du spectre que les années viennent diminuer la sensibilité. Il est fort probable que ce constat soit dû à la chaîne électronique et au transducteur.
Logiquement, si le signal fourni au haut-parleur est de plus grande amplitude, il devrait redevenir audible. Il suffit dans ce but de brancher la sortie SINUS sur l’entrée E du connecteur Amplif. Ponter directement la sortie S de ce dernier sur la douille rouge du haut-parleur. L’amplificateur ne risque rien puisqu’il est muni d’une résistance de 330Ω de protection sur sa sortie. Niveau de sortie au maximum, GAIN au maximum et fréquence de sortie la plus basse sur 314Hz. Miracle, on entend parfaitement. Surtout, prenez soin d’ajuster OFFSET pour centrer le galvanomètre, car dans le cas contraire il y aura une composante continue. L’amplificateur va saturer et l’onde comportera alors des harmoniques faussant cette expérience.
Revenir sur le GENERATEUR DE NOTES. Cette fois la séquence musicale peut être écoutée. On constate que durant son déclenchement la tension moyenne est bien nulle, mais durant les repos la tension de sortie devient franchement négative, le galvanomètre va presque en butée à gauche. C’est normal. Comme le signal SINUS présente une composante continue de +0,5V, pour générer une onde symétrique on a ajouté à l’entrée d’Amplif. son symétrique. Quand la séquence est entièrement générée, le synthétiseur passe en veille. Il présente alors sur la sortie SINUS une tension nulle. L’OFFSET de compensation sur l’amplificateur décale alors en négatif.
Attention : Un haut-parleur électromagnétique n’aime pas par nature des tensions continues. Il faut impérativement le débrancher après cette expérimentation. Pour vérifier l’affirmation qui précède, NIVEAU toujours ajusté au maximum, enlever le strap du galvanomètre et connectez directement ce dernier sur la sortie SINUS . Vous pouvez constater que durant la génération de la gamme en Indice 3 par défaut l’aiguille monte vers 1/2 volt attestant ainsi de la présence d’une composante continue. Dès que le synthétiseur repasse au repos, le galvanomètre recentre son aiguille prouvant qu’en mode veille le synthétiseur AD9850 passe en haute impédance sur sa sortie.
Outre l’aspect tout à fait intéressant des ces essais, nous avons validé le bon fonctionnement de pratiquement toute l’électronique de l’appareil de mesure. Seul l’étage Redressement / Filtrage n’a pas encore été soumis à un interrogatoire sérieux. Le mieux serait encore d’associer un oscilloscope pour « voir » en détails son comportement, mais tous les lecteurs ne possèdent pas obligatoirement un tel appareil au combien précieux, ou n’auront pas réalisé PICOLAB.
Aussi nous allons nous contenter de quelques vérifications « en local » avec les moyens du bord, mais vous aurez en complément les oscillogrammes pour mieux comprendre ce que montre l’écran OLED. Première étape, on utilise la fonction TRACEUR X / Y dans le MENU qui remplacera l’oscilloscope. On débute cet essai en branchant un potentiomètre entre GND et +5Vcc comme déjà pratiqué en début de ce chapitre. La Fig.55 ci-contre qui nous évite probablement la présence d’une salamandre présente le branchement à effectuer. Notez qu’un 50kΩ est suggéré, mais tout modèle dont la valeur égale ou dépasse 4,7kΩ conviendra à ravir. Le curseur de ce composant sera relié à l’entrée X et sera ajusté pour centrer latéralement la trace verticale.
L’une des deux sorties SINUS sera branchée sur l’entrée E d’Amplif. qui sur sa sortie SA fournira l’onde alternative dont on annulera avec soin la composante continue au moyen de l’ajustement d’OFFSET, le centrage de l’aiguille du galvanomètre servant de témoin. Cette sortie SA sera appliquée en permanence sur l’entrée E de l’étage de Redressement / Filtrage. La Fig.56 montre le complément des branchements à effectuer pour gérer la déviation verticale V. En 1 vous avez reconnu l’étage d’amplification à large bande, alors qu’en 2 est symbolisé l’opérateur de redressement et de filtrage. L’entrée verticale Y recevra à la demande le signal de référence alternatif SA ou le résultat de son traitement SR. Les branchements étant effectués, commençons par relier SA sur Y. Le NIVEAU du signal alternatif SINUS est poussé au maximum pour générer une onde de 1V crête à crête. Centrez finement l’aiguille du galvanomètre avec OFFSET pour que le signal soit alternatif et bien symétrique. Avec le capteur rotatif (Voir la Fig.57) sélectionnez x1 en amplification numérique en 3 et annulez le décalage vers le haut en agissant sur le bouton central. (Curseur 5 tout en bas.) Augmenter ensuite
progressivement le GAIN d’Amplif. pour que la trace verticale parte d’en bas et allume le premier point orange en 4. Avec tous ces ajustements, globalement on peut considérer que l’onde alternative présente une déviation verticale d’environ +4V, l’alternance négative n’étant pas prise en compte par le convertisseur analogique numérique. La Fig.58 présente ce que montre l’oscilloscope dont la sensibilité verticale est de 2V par graduation et « laisse passer le continu ». La trace est parfaitement centrée verticalement ce qui démontre l’efficacité d’un ajustement d’OFFSET guidé avec le galvanomètre. La Fig.59 est représentative de la configuration des potentiomètres quand ces divers ajustements ont été peaufinés. Ponter alors la sortie SR sur la déviation verticale Y. Sur la Fig.60 qui en découvre une photographie ont été repérés en couleur deux caractéristiques relatives au signal traité. En rouge la valeur moyenne
qui manifestement est entièrement positive. Il y a bien redressement de l’onde alternative. En jaune on constate une variation périodique de l’amplitude qui en grandeur fait approximativement la moitié de la tension continue « efficace ». On peut déduire de cette observation que le filtrage n’est pas parfait, mais ce n’est pas nouveau puisque dans le chapitre Redressement et filtrage il était précisé qu’en dessous
de 50Hz le « ronflement » résiduel resterait important. Hors dans cette expérience l’onde ne fait que trois fois plus. Strictement sans rien changer en déviation verticale sur l’oscilloscope, seule la base de temps a été ralentie pour montrer quatre alternances complètes. La Fig.61 reprend un cadrage identique. Pour mettre en évidence avec précision le traitement électronique dont a bénéficié le signal, a été tracée en jaune l’onde présente en entrée de l’étage de mise en forme. L’alternance négative n’existe plus, et l’on retrouve la décharge exponentielle du condensateur. La configuration de l’oscilloscope permet d’affirmer que la tension moyenne avoisine les 3V et que l’ondulation résiduelle fait environ 1,4V d’amplitude. Sans atteindre une précision aussi grande, comme sur l’afficher OLED la zone bleue en hauteur représente
une déviation pour 4V positif, globalement on aboutit à des ordres de grandeur tout à fait analogues. Pour évaluer la « linéarité » de comportement du circuit électronique analysé, nous allons maintenant réduire de moitié l’amplitude de la tension alternative fournie au redresseur. Dans ce but il suffit de « fermer » le robinet du NIVEAU de sortie de l’onde SINUS. On ne touche strictement pas au potentiomètre de GAIN de l’étage Amplif. , et l’on se contente de reprendre OFFSET pour annuler la composante continue. On affine les ajustements pour que l’amplitude du signal SA appliqué en E corresponde à la moitié de la déviation verticale Y en zone bleue de l’afficheur. La Fig.62 sur laquelle le bouton de GAIN est strictement inchangé ressemble étrangement à la Fig.59 mis à part l’OFFSET qui est un peu diminué et la trace verticale bleue qui est deux fois moins étendue. La Fig.62′ est une macrophotographie de la zone écran sur laquelle on peut vérifier que l’amplitude verticale de la déviation positive fait environ 2V puisque la zone bleue en x1 représente 4V verticalement. Sur la Fig.63 la sensibilité verticale sur l’oscilloscope est inchangée et toujours de 2V par graduation. Les alternances positives font exactement « un carreau », confirmant la valeur crête évaluée sur OLED. L’alternance négative est légèrement plus faible. On pourrait en déduire qu’il y a un résidu de composante continue positive. En réalité, c’est la trace « neutre » qui sur l’oscilloscope cathodique s’est légèrement décadrée vers le haut durant les manipulations. En résumé, nous avons diminué de moitié
l’amplitude de l’onde alternative sinusoïdale injectée dans l’électronique spécifique dédiée au Redressement / Filtrage. Que devient dans ces conditions le signal en sortie SR ?
Pour le savoir on ponte SR sur Y.
L’observation de la Fig.64 autorise une évaluation des tensions d’autant plus aisée que la photographie a été retouchée par ajout des traits rouges qui représentent environ 1V par « graduation ». On peut donc déduire de cette image que la valeur moyenne fait environ +1,2V avec une composante ondulée de 0,4 à 0,5V. La linéarité de comportement n’est pas parfaite, vers les tensions alternatives faibles, on constate une légère perte. Cette dernière résulte du comportement non parfait des diodes de redressement avec une tension de seuil notable que « gomme » en partie l’amplificateur opérationnel. On en déduit que les spectres sur le WOBULATEUR seront un peu « tassés » si les tensions alternatives injectées ou en sortie des électroniques examinées seront d’amplitudes modestes. Il faudra privilégier quand c’est possible des tensions supérieures à 2V crête en sortie des systèmes étudiés. Comme pour toutes les autres observations, la Fig.65 confirme assez bien
les déductions effectuées sur le graphe de l’écran OLED. La valeur moyenne du signal fait environ +1,3V avec une ondulation de 0,3 à 0,4V. Il serait plus astucieux d’augmenter la sensibilité verticale de l’oscilloscope pour améliorer la précision des mesures, mais nous perdrions l’homogénéité des conditions et la facilité de comparaison des résultats. Sur la Fig.65 la synchronisation est déficiente, ce qui n’influence pas du tout l’analyse effectuée.
x
Améliorer le filtrage pour les fréquences faibles ?
Cette modification peut être envisagée d’autant plus facilement que l’essai n’impose pas d’avoir à ouvrir le couvercle. Il suffit en externe d’ajouter un condensateur CEXT entre la sortie SR et GND. La Fig.66 qui fleure le déjà vu permet facilement de comprendre que CEXT est pratiquement en parallèle avec C. La présence de R4 de 1kΩ n’a que peu d’influence sur sa décharge qui s’effectue dans R3 de 47kΩ. La décharge de ce condensateur est plus influencée (Comme pour C du reste.) par la présence de l’étage d’amplification vu que l’impédance de ce dernier en entrée fait 4,7kΩ.
Vous pouvez facilement réaliser cette manipulation. Quand on augmente la valeur de CEXT on constate que l’amplitude du petit segment vertical, c’est à dire la composante « alternative » diminue ce qui démontre effectivement un meilleur filtrage. On remarque surtout que la position verticale du milieu de ce segment ne change pas. La valeur moyenne efficace reste constante. On peut augmenter significativement la valeur de CEXT Par exemple avec 1µF l’ondulation devient plus faible, la valeur moyenne reste immuablement identique.
CONCLUSION : Il sera toujours possible, facile et non dangereux pour le matériel, d’augmenter le filtrage en sortie de l’étage de mise en forme. Cette modification par ajout d’un condensateur extérieur diminue l’onde alternative résiduelle, mais ne change pas la valeur moyenne du signal traité. Par contre, elle augmente le temps de décharge du condensateur, durée qui devient incompatible avec les changements rapides de fréquence en mode WOBULATEUR. Pour l’usage rationnel de ce dernier, l’étage Redressement / Filtrage est optimisé en comportement. Quand aux fluctuations résultant de l’onde alternative résiduelle, elles sont atténuées par l’option de lissage du WOBULATEUR.
