Guide d`utilisation audio de LTspice
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1. L sms I L PAE eier e KH en plus les visible ici I es E E E cd id ic ei ai ev A e zb es ei mm ze E zi a zi eg zm es 10KHz Voil qui motivera r duire au maximum les bruits induits comme l ondulation de l alimentation 100Hz sur la boucle de masse La r ponse transitoire Signal carr et temps de mont e Pour g n rer un pur signal carr sous LTspice 1l faut quitter la fonction SINE au g n rateur pour utiliser la fonction PWL Piece wise Linear avec par exemple cette liste de points Additional PWL Points pour le r sultat suivant en sortie La fonction PULSE permet galement de construire des signaux carr s Pour des fronts raides ne pas laisser 0 Trise et Tfall mais par exemple Ins O OLE 5 007 us us 40 007 us Zus 58 007 us 100113 100 007 112 1 Buz 125 007 113 0 01 0 01 0 01 0 07 Y 0 01 UK DK 0 01 v 16 Ops 30us Alps 50us 60us Opus d0us 30us 100us 110us 120us 130us Sur petits signaux le temps de mont e sur transitoire est directement fonction de la fr quence de coupure Fc La mont e suit une asymptote de dur e 1 2 x Fc pour atteindre 95 de l chelon 3 2 7 Fc Donc ici respectivement 0 32us et 0 95us Slew rate et distorsion d intermodulation transitoire Sur grands signaux 1l peut y avoir saturation en courant du premier tage lors de la charge du condensateur C3 La limitation est Ie Q32. L absence recherch e de r glage fait qu l tage driver le multiplicateur de Vbe laisse place un r seau de diodes Une contre r action locale r sistance d metteur est appliqu e Q5 et le p le de fr quence est simplifi l utilisation de l effet Miller 100pF ajout s entre collecteur et base de Q5 d Le diff rentiel d entr e voit dispara tre le bootstrap pour des r seaux d entr e et de contre r action globale plus communs Les diodes de son g n rateur de courant sont polaris es non plus par un g n rateur Fet mais par une r sistance Ut MJ11016 A c1 in gt BC546B BC546B out HH gt R 33k Ka d P MJ11015 03 u2 BC546B N Ce sch ma ainsi r duit l essentiel convient parfaitement l objectif didactique vis sans interdire une r alisation op rationnelle Sous circuits des Darlingtons Le format de bo tiers TO3 de la version originale est conserv avec les r f rences MJ11015 et MJ11016 de On Semiconductor Leurs mod les ne sont pas directement pr sents sous LTspice 1l faut les ajouter dans le dossier sub de la librairie lib Dossier sub puisque un darlington est un sous circuit un transistor seul serait plac dans le fichier Q du dossier cmp de cette m me librairie lib Dans les informations techniques fournies par le constructeur il y a en plus du datasheet le simulation model Ouvrir le fichier MJ11016 SP3 copier puis coller le contenu dans un bloc note puis
3. des tensions de bias comparables se soustrayant davantage e C2 permet aussi d avoir un gain unitaire en DC alors qu il est d environ x34 sur la bande audio Pour stabiliser le courant de repos deux points de conception e les diodes de polarisation des darlingtons devront tre mont es au plus proche des r sistances d metteur pour suivre leur temp rature et r agir a 2mV e les r sistances d metteur doivent r pondre la relation suivante pour carter tout risque d emballement thermique Re gt 0 004 VI Rth Rth est la r sistance thermique de dissipation pour un darlington 4 mV plut t que 2 mV pour un transistor simple Classe de fonctionnement Avec ce circuit d valuation on peut observer la fonction de transfert du push pull en fonction de sa polarisation Utiliser la commande de simulation DC sweep pour la source V3 L objectif est de viser une lin arit satisfaisante avant m me d appliquer la contre r action globale tout en veillant l nergie dissip e aux darlingtons introduire la directive op pour cela et passer le curseur sur chacun 0 47 d eux MJ11015 e classe C avec V4 et V5 0 volt u2 e classe B avec V4 et VS ici 1 volt e Classe avec V4 et VS ici 2 volts Of faut un courant de repos de V1 2 R12 quand V3 0 e classe AB en polarisation interm diaire e V3 1 5 1 5 0 001 Voici le trac pour une polarisation de classe B finalement plut t lin aire en essayant l
4. 2 C3 104 V us Avec 0 6mA d excursion cr te maximum sur une branche du diff rentiel et C3 a 100pF on obtient 6 V us Un sinus de 20kHz 40W sur 8 Ohms c est 25 volts cr te et une vitesse de balayage maximum de 25 2 7 20k 10 3 14V us Vout Ic Q1 Ous 0us 40us bus 0us 100us 140us 140us 160us 160us 00us Effectivement a 40 watts et 20kHz en sortie une condition extr me en coute de Compact Disc l tage diff rentiel n est pas satur voir Ic Ol1 17 Stabilit sur charge capacitive Quand un syst me asservi poss de au moins deux p les il est possible qu il y ait instabilit En plus du p le dominant fix par les capacit s parasites autour de Q5 et lin aris es par C3 une charge capacitive 8 Ohms et 1uF en parall le peut amener un deuxi me p le important C3 03 ac dec 100 10k 10Meg Step param C3 Op 200p 50p Suivant la valeur de C3 mis en param tre de OpF 200pF par pas de 50pF l instabilit est de plus en plus contenue 100pF permet de limiter la surtension 3 dB sans brider l exc s le slew rate Viout V in I L el wn d I I ti Eo Ll L L Ll La charge utile branch e Imp dance d un haut parleur lectrodynamique C est la somme entre l imp dance de la bobine mobile r sistance et inductance et l imp dance dite motionnelle E 1 Bl v F Bl transcription lectrique du mod le m ca
5. l I l l 1 I I I 1 I I l 1 I 1 I l 1 l I I 1 I I 1 I sa zi ll ze e d za se sl ze e sl ss za dl se e dl zs ze sl ei sn dl sl zi d ss ze sl ze ss sl ze zs dl e zs dl zs zs l l 1 I I 1 1 l 1 I 1 1 1 i 1 1 I 1 d I I 1 1 1 1 l 1 1 1 a 1 i i 1 I 1 I I l l l 1 I I 1 1 1 I I l 1 i i 1 I 1 I I 1 l 1 I 1 I l I l 1 1 a I 1 1 1 I I I d 477177147793771779177177917717 lios en oo Sege O A A A le e le e Al e Al e nl e Al en e A e e dl Ki I I I I I 1 I 1 I I l 1 P Oe Eege Ke Gr PES SC tee Gate Ge Re Gegen a za dead sadas dsd n d e ell e eg dl wt e daa ia daa 1 I 1 I 1 1 e e sl e e dd es d em dem e e dd ess d es A A A le I I 1 1 I 1 I I 1 I 1 I 1 a A A E E E E E d V qa l l 1 I I I l I bo es I I 1 I l 1 I I I 1 O A E A A A A A e ES l l 1 1 I I I l WI I I I I i I 1 I I I I 1 71 1 A S O A A A A A A A A 1 A l I I I I I 1 ol I e l l 1 I 1 I l 1 1 I BN I I i i I 1 I I I f I i i GH I 1 I 1 I l 1 l 1 I Za WE E E A A E EE EK GEES A SG d A l l I I I LT 1 I I l I l l 1 I I 1 1 l 1 I I I I ET 1 I I I I l iari l I 1 1 1 i 1 A 1 1 1 1 1 1 I 1 I 1 71 I l I 1 1 I I l 1 1 BS I l 1 I 1 1 1 1 l I 1 I 1 I Aa on dd ess deed es do Rd A A dd zz 4 es 22d sl A dl oe d o ss dl e NES rm 1 1 1 1 sa de n Caer a is CO cd tt s bi cdo is td bg eet Kaffe ez sl A A A AA se d ss d sm sl e sed zs zs d andans l Li l
6. I I I I l l I l I I EE PA A A E E E enn len dl S A A A An 1 1 I l l I I I 1 nie l I I I 1 I I l I I l 1 A AAA ARAYA l 1 I I I I l I 1 I ze sl vc E A A ll zent A E A dl nm ll a e r I I i I i l l I I H l l I l I I l I l l I 1 l I I I I I I l I I Ea 1477147717791771 7793771779177917739375717579177 l I I I I I l I l l l I I I l I l I I I l I I I I I l l l I I D I I I I l l l I I r ls ui id dado da pit a O D de CN cc ES l l I I l I I I I I I l l I I I I I l 1 1 I l l I I l I l I I l 1 1 I 1 I I I 1 1 I 1 1 1 1 1 T T T T CH CH CH CU CH T CH CO CH T na m CO D D E GN Li E ges SI be Ei Di LD CH te EE E E Se e 10KHz 1KHz 100Hz Analyse temporelle Revenir au sch ma et s lectionner pour VI la fonction SINE Avec O volt d offset 1 volt d amplitude 159 Hz en frequency fr quence de coupure de ce circuit RC O en Tdelay Theta et Phi et 4 en nombre de p riodes Ncycles puis valider Revenir l dition des commandes de simulation l onglet Transient d finir 25ms en Stop Time 0 en Time to Start Saving Data 10u en Maximum Timestep La s lection des analyses se fait gr ce aux et devant les directives Vi AC 1 A ac dec 100 10 10000 tran 0 25m 0 10u Lancer la simulation Run et demander a afficher les traces V s et V n001 Apr s une p riode transitoire fonction du temps de propagation le signa
7. gauche de l cran Les chelles en abscisse et ordonn es peuvent tre adapt es en utilisant le clic droit sur CES axes D P am S s HE EN SE J Ia I e I I al I I ell e I I I I P SE BER Wi J ll J K b I LI h I Ki PS i L I P I ES KE Ser e KE pa 54 A I I I A 1 I I ell St ze I I I I I I E A DEE L I I I I I I I I I A M am pa 3db dB 3dB 6dE 9dB 12dB 15dB 18dB 2 1 dB 2 AdB 2 f dB 30dB 33dB 36dB 39d B Un clic gauche sur l ordonn e de la phase permet de la retirer ou de la remplacer par le d lai de groupe en seconde Pour une fr quence tendant vers 0 le d lai de groupe vaut R C 1 ms a Hu H Hu H Vu Hu H Hi H Vu S En E mm LD L F MO DN re E E L E e a Kal Kl Kl Kal Kl Kal Kl Kl 1 i a Katie a ias e Daten iaa Katie aen Cai a e Bal din abegieeg e e el zs ze sl se Se sl es se sl zs e sl ze e sl zs se sl zen se sl ze ze dl zi ge sl ze ss si we es sl es sl ze e se l E l l 1 1 I I 1 I l I l I 1 M M M NE kaa 1 baia l 1 I 1 1 l 1 I 1 I 1 I y q eben ue Ende q 2 29 9a a als mu l l 1 I I l l I 1 1 I I l EE EE A A A EE EE EE EE A AAA l 1 I l 1 l l I l 1 I I I I 1 I I l 1 RS a do Mal Did 0 Sc x I 1 I i I i I I I I I 1 I I I I 1 I 1 I 1 I I E A A A A E DT DEE E A A A E EEN l l 1 I I I 1 1
8. ouvrage Designing Audio Power Amplifiers riche de 600 pages de grand int r t dont 76 en mode d emploi de LTspice http www cordellaudio com DESIGNING Amplifiers P Mi Hi 808 CORDELL e Les utilisateurs des forums de www diyaudio com e Le groupe de discussion http tech groups vahoo com group LTspice e http www yopdf com ltspice pdf html e Little fish http www littlefishbicycles com poweramp e Le livre Le Simulateur LTspice IV chez Dunod http www dunod com sciences techniques sciences techniques industrielles electronique ouvrages professiomnels le simulateur ltspice 1v 23
9. valeur moyenne Average e Proc der de la m me fa on pour U2 et additionner les deux r sultats Cette somme va servir au calcul du dissipateur thermique 11 La fonction de transfert Notions de contre reaction L amplificateur est un syst me asservi on parle de boucle ferm e L objectif est de diminuer la distorsion de stabiliser l offset en sortie de diminuer l imp dance de sortie etc Boucle Ferm e D C3 ac dec 100 100 10000000 Boucle Ouverte R20 C30 E Or le Ge Kk Z Wa ACA ei T 200 w R50 gl Gees AB R60 33k ik GE Cette mod lisation lin aire base de g n rateurs command s El pour le diff rentiel E2 pour le driver E3 pour le push pull permet de comprendre le m canisme de l asservissement en tra ant avec la fr quence de coupure en ligne de mire e la transmittance en boucle ferm e A 1 AB e la transmittance en cha ne directe A e la transmittance en boucle ouverte AB B est la transmittance du pont diviseur de contre r action La transmittance de boucle ouverte conditionne la qualit du syst me asservi Il faut AB gt gt 1 sur la bande des fr quences de travail s En boucle ferm e a condition que AB gt gt 1 le gain vaut l inverse de la fonction au diviseur 20 log 1 33 1 30 6dB e En cha ne directe le gain vaut le produit des gains 22 200 4400 20 10g 4400 72 9dB e En cha ne directe la fr quence de coupure vaut 1 2 7 2400 100p 200
10. 3 3kHz e En boucle ferm e la fr quence de coupure Fc vaut 4400 34 3 3kHz 430kHz 12 I l l l l l l l I d sl sl sl dl zm en em em ell e rs sl e se LL EL ke L Vla 1 ab L ll e ks LL kl se ze re sn ll zs ss zl ss md dd L e zs ss Ls Lk I I A 5 ll I 1 LL w ei e e o pese prAna da a E EE E La db wm vm wles wm e Le e wn wl e e wm Le ss em d e a wl es e ss Le wm em E A A A A EECHER I I 1 I 1 1 I I CO ET a ER 1 I 1 i I 1 De a AS rr AAA po L L I L I L I I I I L L I I I L dl a us glate erer pio a ill il I I L I I I I L L I I I I I I L L L L I I I ag sels E A ARA A A Sal aa ala la se allen as je pe de zi ml e 1 Sa d ar ze me d ze n gll e a eg 5 es CH ER GLEN SE le ee de cer SEENEN EE E re ES des sbb zg bss sde zs be I l 1 1 A I I ST E TT EE E Te I L I 1 I SZ CES SCC td o do ci o l I l ga I I l l l I 1 I I I ST a is o o ni li Deeg RN I l I 1 I l Ir l l 1 1 I I E 1 I I 1 ss ala viabel al MST SSSR SE ssl ss a os ls s she Y I I I I I I I e A A A A A 2 Le Y I I I I I L L L I I L I L a sla ve wn La zen wn ell e en wn Lo we zen db wn wn Le me I I I I I I L co DI DI DD DI T T T T TS EI GO 5 Gi Ha H H K O KN Tac em I I D I d b4dE 10MHz 1KHz 10KHz 100KHz 1MHz 100Hz Sur un amplificat
11. Amplification lin aire Basse Fr quence transistors simul e sous LTspice Ce guide est destin aux passionn s de reproduction sonore friands de r alisations propres et souhaitant s investir dans la conception de sch mas ou simplement d sireux de mieux comprendre l lectronique audio de puissance a Eric Jean Marc Plantef ve http pagesperso orange fr m plantefeve premi re dition 4 mai 2010 derni re mise jour 7 juillet 2012 Table des mati res A PPP o e o E E 3 PASEA reet 3 Saisie du schema el existence dela NetLiSt arcsiinsnicionincrnde entiendas 3 Analyse fr quentielle en gain phase et groupe delay 4 Analyse ee rias 5 Prise ci main une NIE e par eS eiii ci 6 Models pi oido 6 POS GE polls aia DE cd 6 Influence de la tension d alimentation et de la temp rature 6 L schema de Famplincasucca ENEE added 7 OS EE 7 IEN EE 7 EE Da iaa 8 E o o AM In E A EE E E 9 Oee e AAA A A te a ne 9 Classe delonc onne EE 9 EE E E e E E E E E A E E A A 10 Puissance nominale de SOS tirar dti 10 Puis ance COn OMe AP 11 E AA 11 LAA A ts 12 NOn Ae si Te AMA es D descend eee ot t 12 Ci pPhase e impedanco do SO eat 13 LA EE 14 Distorsion harmonique oale 2 nina ERA aia 14 Representation Specia lE ett 15 Distorsi n ad termo dul e E 16 La NA o een dame este de etats ee ae ee aient ent cs 16 DEA caro EC LE OS de MON 16 Slew rate et distorsion d intermodulation transitoire 17 DIADIILEC sur CHAOS capaci Cai
12. DI On s aper oit que pour une tension d alimentation variable de 25 35 volts la tension g n r e est stabilis e autour de 1 4 volt avec une d rive d environ 1 54mV par degr Effectivement pour les jonctions bipolaires au silicium la d rive en temp rature se situe autour de 2mV suivant la nature technologique de la puce Al 4 15 5m4 15 0mA 14 5m 14 0m4 13 5m 13 0mA 12 5m 12 0mA 11 5m A 11 0mA 10 5mA ZhN A IN 286 NV 30 AIN 32 339 JAY 35Y maz mech mmh mmh mech mech ch mech mech mmh mmh L L L L L L E La stabilit thermique d un sch ma complet est un crit re important en r gime statique comme en r gime dynamique quelque soit les signaux transitoires trait s La compensation thermique sera ma tresse dans la conception Le sch ma de Pamplificateur en fil conducteur Origine En 1978 la revue Audio Electronics publie l article de Nelson Pass The Pass 440 Power Amplifier Cet article est repris plus tard dans le livre Audio Amateur Power Amp Projects Mr Pass le propose aujourd hui gratuitement en version pdf t l chargeable Le premier amplificateur DIY classe A que J ai pu couter Le sch ma ici adapt Si la structure reste identique l tage de sortie transistors bipolaires Darlingtons passe un simple push pull polaris en classe B la r duction de la dissipation facilite la r alisation mat rielle d un module accompagnant ce dossier
13. a classe AB les choses ne s am liorent pas forcement Les r sistances R8 et R9 en contre r action locale qq rm ms zs rs beem rm rm Ss e e rm rm rm in E EH EH wech wech Pi LAN C1 LI IC i B UC Le A E E EE EE E E E E 1 A12 1 5 1 2 0 99 0 6 059 HIN DAN 065 DN 1 24 1 5Y Bilan des puissances Puissance nominale de sortie Donner la fonction SINE au g n rateur V3 puis demander une analyse temporelle Augmenter l amplitude et recommencer jusqu voir appara tre un d but de saturation en sortie On s approche alors des rails d alimentation une tension de d chet pr s Vout V outJ I R12 30 100 90 cow FD BOY KIY ADY 30 ZUM 10 A 0 Oms 0 ms 0 4ms 0 6ms 0 8ms 1 0ms 1l ms 1 4ms 1l 6ms 1 8ms 2 0ms 10 La puissance nominale est la valeur moyenne de la puissance active instantan e en r gime sinusoidal Pnom Vout max 2 R12 par calcul Vout max tension cr te En simulation e Sur le composant R12 un Alt clic gauche permet de tracer sans saisie d expression la puissance instantan e dans la charge e Puis sur l expression g n r e la fen tre des trac s un Ctrl clic gauche permet de lire la valeur moyenne Average e L nergie active sur le temps du trac est donn e en Joule par la case Integral par exemple 44W 2ms 88mJ Waveform Vlout 1 R12 E Interval Start C
14. arasites ajout s Une analyse temporelle sur un nombre important de p riodes est n cessaire On veillera utiliser un Maximum Timestep le plus petit dans la commande de simulation et on supprimera toute compression au Control Panel menu Tools On ajoute la directive four avec pour fr quence celle du signal pour une analyse de Fourier sur 10 harmoniques 14 SINE 0 0 57 1000 0 0 0 100 V3 AC 1 tran 0 100m 0 ip four 1000 10 Viout Lancer la simulation observer V out pour v rifier la puissance param tr e pour cette analyse puis au menu View demander le rapport SPICE Error Log L amplitude de chaque harmonique appara t alors ainsi que le taux de distorsion harmonique totale Cette DHT est le rapport entre la valeur efficace totale des harmoniques 2 10 et la valeur efficace du fondamental ou harmonique 1 Ic1 0 012 pour 10 watts sur 8 Ohms Harmonic Frequency Fourier Number Hz Component 1 1 000e 03 1 234e 01 d d O0De 03 1 318e 05 3 3 000e 03 3 135e 04 4 000e 03 4 6 Me 05 z 5 000e 03 7 049e 05 E 6 000e 03 1 36 e 035 T 7 000e 03 6 G e U o 2 000e 03 4 2B1 e 06 E 3 000e 03 1 334e 04 10 1 000e 04 2 36 1e 06 Total Harmonica Distortion Representation spectrale 0 012462 L analyse temporelle doit tre reprise mais la directive four n est plus n cessaire Puis au menu View demander la fen tre FFT Fast Fourier Transformation s lectionner V out et une fonction de
15. e Sur une r sistance bobine de 4 2 Ohms on pourrait s attendre ce qu un V out de 9 4 volts induise un courant inf rieur ou gal a 9 4 4 2 2 24 amp res Sur signal transitoire l intensit peut aller au del et traduit l impact de la force contre lectromotrice du haut parleur dr n 0 40m 0 itp VI W30 W50 VI VO0 ADA E E Lk SIHE 0 0 1 150 0 0 0 20 SIHE 0 0 0423 350 0 0 0 20 SIHE 0 0 3 50 0 0 0 20 SIHE 0 0 06 250 0 0 0 20 SIHE 0 0 0333 450 0 0 0 20 Le signal d entr e est 1c1 la somme de cinq sinuso des On reconnait le fondamental et les quatre premiers harmoniques d un signal carr 50Hz Pour rappel les harmoniques d un signal carr sont uniquement impairs et les tensions se divisent par le num ro du rang 19 out 1 R12 Oms Ams ms 1l ms Tlbms Ums 4Ams 8ms 3 ms 36ms Alms Le courant de sortie atteint ponctuellement 3A Soit plus de 30 de plus que ce qu annon ait la simple loi d Ohm r sistive Pression et d placement Aux bornes de l imp dance motionnelle se trouve l image de la vitesse au facteur de force Bl pr s On peut en d duire le d placement de la bobine mobile et la pression sonore dans l axe et 1 m tre Ri Li Re Le param Re 42 R13 Bl 2 Rms param BI 10 7 param Le 1 8e 3 param Ems 1 8 param Mms 73e 3 Param Cms 0 74e 3 Param Sd 31 2e 5 Param rho 1 18 Sd est la surface missive de la membrane en m rho est la densit de l ai
16. e Interval End ma Average 43 9644 Integral 87 918ml Remarque sur l expression d un courant ou d une tension le Ctrl clic gauche donne valeurs moyenne Average et efficace RMS Puissance consomm e La puissance consomm e est le produit entre tension et courant moyen fournis par l alimentation Le courant moyen pour un rail est de Vout max V 1 m R12 La puissance totale est de Pc Vout max V1 V2 T R12 par calcul En simulation e Sur la source V1 un Alt clic gauche trace la puissance instantan e fournie par ce rail e Puis sur l expression g n r e un Ctrl clic gauche dite la valeur moyenne Average e Proc der de la m me fa on pour V2 et additionner les deux r sultats Le rendement est le rapport entre puissance nominale et puissance consomm e Ici pour cette modulation maximale 44 32 32 69 Le rendement th orique maximum pour un amplificateur de classe B est VIZQ R12 P VI T R12 autrement dit 78 Cela sous entendrait une tension de d chet nulle et aucune dissipation aux premiers tages Puissance dissip e La puissance dissip e totale est la diff rence entre puissance consomm e et puissance nominale de sortie Celle dissip e au push pull est diminu e des quelques watts aux tages diff rentiel et driver e Sur le darlington U1 un Alt clic gauche trace la puissance instantan e dissip e e Puis sur l expression g n r e un Ctrl clic gauche dite la
17. eur r el ou totalement simul de multiples effets capacitifs additionnent les rotations de phase A l approche de 180 si AB n est pas sous les 0dB l amplificateur se met osciller La pr sence de C3 cr e un p le dominant et vite ce risque d instabilit Gain phase et imp dance de sortie L amplificateur complet en analyse fr quentielle affiche un gain de 30 6dB x34 et une bande passante a 3dB de 2Hz 500kHz L erreur en phase est contenue 3 entre 40Hz et 16000Hz 30 3471 41 4 Viout f in 13 L imp dance de sortie peut tre obtenue partir du montage suivant L entr e de l amplificateur est au z ro et la masse de la charge est maintenant attaqu e 1 volt R12 ac dec 100 1 1000000 En partant de la division de tension V out 1 volt Zs Zs R12 on peut sortir l expression de Zs et la tracer en analyse fr quentielle 6 Vlout Ylout 1 E e a a a WEE 0 01 1Hz 10Hz 100Hz 1KHz 10KHz 100KHz 1MHz Il est parfois calcul un facteur d amortissement nominal ici 8 Ohms 0 025 Ohm 320 Il est int ressant de constater que le r sultat est quasi constant sur la bande audio La distorsion harmonique Distorsion harmonique totale Les transistors qu ils soient mont s en collecteur commun diff rentiel et driver ou metteur commun push pull suiveur sont sources de non lin arit s La d formation du signal est valu e comme une somme de signaux sinusoidaux p
18. fen trage Windowing Flat Top 20 Vout ht hp en em I i I T I 1 I I 1 I 1KHz 10KHz Avec un axe d abscisse logarithmique on retrouve les 12 5 volts du fondamental en Vout pour la simulation 10 watts Le premier harmonique de distorsion rang 2 est 1 5mV Sur ces 6 d cades d abscisse pour un fondamental de 20 volts le haut de l axe serait quivalent 100 le bas quivalent 0 0001 15 Distorsion d intermodulation Cette fois deux signaux sinusoidaux de fr quences diff rentes 100Hz et 1kHz par exemple sont inject s en entr e de l amplificateur gr ce un sommateur r sistif SIHE 0 0 37 1000 0 0 0 1000 SIHE 0 0 37 100 0 0 0 100 Chacun est naturellement affubl en sortie de sa propre distorsion harmonique mais non lin arit s du sch ma induisent galement une distorsion d intermodulation notamment 1kHz 100Hz et 1kHz 100Hz 20 Zou Ce I I I I I I I I A A EECECEE A A A AAA I 1 I I Sa n EE ne tn ni I I Jeee ben e PE e rm rn rm ri I I Ss r LE Se re E EE reg I I I I dm A A I I I I A A A I I e el zt e e Zen je Lom da ama wll aa a I I I 1 I J I 1 I 1 1 1 I I 1 A I 1 I I I Dy I I I I a a sels Jar she a a 100Hz 1 I I 1 1 H 1 1 1 I J I 1 1 R12 tran 0 1000m 0 ip e rm zm rs ra Le sel I l l
19. ibrairie ib 3 dossier cmp MBR40250 DT D6 MBR40250 SIHE 0 30 50 0 0010 SINE 0 30 50 0 0 010 MEFR 40250 D9 DS MBR40250 21 Taux d ondulation Volontairement les condensateurs de filtrage sont pour cette simulation faible valeur Le taux d ondulation est d autant mieux mis en vidence sur la copie d cran Sans ou avec modulation delay de 20ms sur le g n rateur d entr e 30 V v Yi Y out Oms Ams OMS T2ms lTlbms ms Z4ms 8ms 32ms 36ms Alms R jection de l ondulation Une analyse temporelle de 20ms 200ms sans compression et au pas de lus permet d afficher cette FFT d une sortie V out 1kHz Viout 100Hz 1KHz 10 Hz Bruit d alimentation 100Hz 200Hz 300HBz et produits d intermodulation 900Hz 1100Hz proximit du signal utile motivent pratiquer un filtrage plus s rieux pour ce sch ma Avec des condensateurs de 47000uF dans cette m me fen tre seule la composante 100HZ subsiste 75dB 22 La communaut audio LTspice e W Marshall Leach Jr professeur a l institut de technologie de G orgie http users ece gatech edu mleach Il propose le t l chargement du fichier LTspice de son Leach Amp ainsi que de fichiers d lectroacoustique Il a galement crit l ouvrage Introduction to Electroacoustics and Audio Amplifier Design remarquablement complet et se r f rant r guli rement de la simulation Spice e Bob Cordell crit l
20. l de sortie se fixe 1 volt divis par racine carr e de 2 3dB donc 0 707 volt Le d phasage est bien d un quart d alternance 180 4 459 Vis Vin001 ps ts is a e TT ST OT EE ST RP ER ee ee pl an de ze e is mm a os es e rn rn e e rm rm rm rm mm mm a bes sc e e ad e e sc bh sc ke e s e e zl e cs d zs es aalt zk e sz zm e zm zl e e d zs ts E bt e e e Co SE ST SES Se SE SE E EE E EE EE SEKR Se Ee EE EA a o rs mm e pm rm rm rr e a bes es zs zs zm z zs bes es E ses zs es ais che ss bk es e rs e zs ge es e bss ss ke es es gz es al es es E e cs zs ue e T T H WE WE W WE WE WE WE 9 A EH EH EH CH CO eh NM LA LE O7 UI re CO LD Ums Jms bms Jms l2ms 1l5ms l6Bms lms Ams Le sch ma peut tre sauvegard en fichier asc les r glages de trac chelles expressions en Plot Settings peuvent tre sauvegard s en fichier plt Pour leur emplacement on peut cr er un dossier commun Prise en main une polarisation par diodes Modele Spice Quand des composants ne sont plus lin aires comme les r sistances condensateurs ou inductances quand il s agit de semi conducteurs 1l est n cessaire d utiliser un mod le quivalent Pour les diodes de signal 1c1 utilis es IN4148 datasheet NXP en pdf le mod le est d crit dans le fichier D du dossier cmp de la librairie Zib install e avec LTspice Construire le sch ma suivant avec une source de DC value 30 volts et des diodes IN4148 c
21. lic droit Pick New Diode Points de polarisation DC A l dition des commandes de simulation choisir l onglet DC op pnt placer la directive op et lancer la simulation Run Appara t alors une fen tre donnant les diff rents points de polarisation DC du montage Courant de 12 9mA et tension de diode 0 707 volt cc Operating Point id 1 412554 voltage Yin 0 0764 voltage Y n001 30 voltage Tib i 0 012009 9 device current IID 00 0129929 device current I R1 0 012499 9 device current IY 0 012992 9 dewice current Apr s avoir ferm cette fen tre balayer le curseur sur le circuit conduit en bas gauche de l cran l affichage du potentiel DC lorsqu on se trouve sur une connexion ou l affichage du courant DC traversant et de la puissance dissip e quand on se trouve sur un composant Influence de la tension d alimentation et de la temp rature A l dition des commandes de simulation l onglet DC sweep renseigner la st source pour un balayage lin aire V1 de 25 volts 35 volts par pas de 0 1 volt Avec pour objectif d tudier la stabilit de la tension cr e Les semi conducteurs ont par ailleurs un fonctionnement ayant la temp rature en param tre Avec l ajout de la directive temp on pourra constater le comportement de d en fonction d une liste de temp ratures Ale Vi 25 35 0 1 temp 25 30 35 40 Lancer la simulation Run et demander afficher les traces V d et I
22. nique du haut parleur partir de la masse mobile Mms de la r sistance m canique au d placement Rms de la compliance de la suspension Cms et du facteur de force Bl Une fois le haut parleur int gr dans une enceinte multi voies les mod les d imp dance respectifs seront mis en r seau avec l aide d un filtre aiguilleur Une enceinte close ou bass reflex modifiera encore l imp dance globale 18 R12 112 Re Le param Re 4 2 R13 param BI 10 7 BI 2 Rms IMmaBl 3 Cms Bl 2 ez Param Ems 1 8 param Le 1 80 3 param Mms 1 e 3 param Cms 0 74e 3 meas Fs avg 114231 8Ysqrt Cms Mms H BI 2 Bl L association de directives param et d une criture entre accolades permet de remplacer la valeur des composants par une expression interactive Une analyse fr quentielle de V out I R12 trace cette imp dance La directive meas ajout e ci dessus permet de trouver apr s le Run la valeur de la fr quence de r sonance Fs dans le rapport SPICE Error Log menu View one Y out I R12 F2 64 56L ABE ADE 3261 le La ds dd E zm en en ke vm en SE het WEE ze db e vm ell zm em db e ke ees A deen CERTEZA T1 I I I F I I H l I L I I I zs sb a s SA ast O WEE sl Di LEE EER zm vm e e ze en vm bh en es db vn el em sei ve EI zi we S e e ellen eg es EE 10Hz 100Hz 1KHz 10KHz Impact sur le courant de sorti
23. o 18 Cacharel nto eat 18 Imp dance d un haut parleur lectrodvnamgue ss 18 Impact sur le COURANTS SOUS acentos ios 19 Pression tr depa men osas tidad E 20 PE 21 TIO TOUT 208 LS RE T E R 22 Eet 22 EE IS iio 23 Le logiciel Le simulateur Spice Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis d velopp l universit de Berkeley en Californie a t con u dans les ann es soixante dix pour liminer autant que possible l tape du prototypage lors de la conception de circuits int gr s Il a depuis volu vers un outil d usage beaucoup plus g n ral et plus courant dans l industrie lectronique Il existe aujourd hui une multitude de simulateurs lectroniques d riv s de Spice dont particuli rement une version gratuite et pratiquement sans limite que l on doit au fabricant de semi conducteurs Linear Technology T l chargement de LTspice IV 12 5Mo et du pdf Users Guide Y LINEAR http www linear com designtools software iN Prise en main un filtre RC Saisie du sch ma et existence de la NetList Lancer LTspice puis cr er une nouvelle feuille de sch ma New Schematic les boutons de s lection des composants apparaissent Placer une r sistance Ctri R pour une rotation a 90 un condensateur et un composant component source de tension ind pendante voltage Les c bler Wire et placer la masse de r f rence Ground obligatoire toute simulation Ajouter en sortie du filtre une tiquet
24. r en kg m 20 Le g n rateur de courant Gl sur le condensateur C4 int gre la vitesse et donne le d placement en mm d rive la vitesse et donne la pression gt sur la bobine Ll Le g n rateur de courant G2 relativis e a 20uPa Ici avec V out 2 83V sur baffle infini En augmentant V out jusqu au SPL du cahier des charges on veillera ne pas d passer le d placement maximum de la bobine Ce qui justifiera en partie la puissance choisie l amplificateur spl Y I L ss sl se sl ve d sn Le zm e e rm rm e e e I I I LL J sl se hl I I I I I I I d I I I I I l l I l I zm zm zm Le ve ve ss ss Le sm s L ze sl ss 1 11 L e sn e zs zs es zm zs Le zs es zs rs JL ll e zm sl sm ss ss Lk ve ss Le se YixmmjAY DRHz 14 I SAT Sie I I I e dech bebe I 1 Y out 100Hz I I mi rs I zm mi rs I eg zl Se I I al I I 4 I I I I l e I I I I I I I SC ER E P L sheusuesueuesr Lu ET SI TN ee rs Ei Kal L alimentation Les g n rateurs V1 et V2 peuvent tre configur s pour un assemblage plus proche de l alimentation r elle Avec transformateur point milieu de lissage Les diodes pont de diodes et condensateurs gt le fichier D du sont des MBR40250 On Semiconductor dont on copie et colle le mod le spice3 dans de la l
25. sauvegarder dans le dossier sub sous le nom MJ11016 sub M me chose pour le MJ11015 Reste fournir un symbole On se propose d utiliser celui d un simple transistor Sous LTspice ouvrir le fichier npn asy du dossier sym Puis diter les attributs menu Edit Attributs avant de sauvegarder en fichier MJ11016 Proc der de la m me fa on pour le MJ11015 Prefix UN Prefix be SpiceModel SpiceModel MJTTOTE sub Value MPN Value 41771076 Yaluez Waluez MJ11016 SpiceLine Keck SpiceLine SpiceLine2 SpiceLine Description Bipolar NPN transistor Description Bipolar HPH darlingtoni Une fois tous les composants plac s une liste de ceux ci peut tre g n r e au menu View Bill of Materials Voil qui est bien pratique quand vient le temps de la commande Selectronic Les points de repos Offset et courant de repos Ajouter deux sources de tension d alimentation une charge de 8 ohms et une source d entr e A l dition des commandes de simulation choisir l onglet DC op pnt placer la directive op et lancer la simulation La lecture se fait dans le tableau ou sur le sch ma en d placant le curseur comme expliqu plus haut L offset en sortie est 16mV et le courant de repos l tage de puissance de 51mA Pour contenir l offset deux points de conception e l galit des r sistances R1 et RS et la pr sence de C2 Ainsi les courants de base au diff rentiel am nent
26. te Label Net s par exemple de type Output Passer la souris sur les trois composants R1 C1 et V1 et l apparition du doigt point clic droit pour modifier les valeurs Pour V demander la fen tre Advanced et renseigner AC Amplitude 1 volt Wi AC 1 ac dec 100 10 10000 Au menu Simulate diter les commandes cmd de simulation l onglet AC Analysis d finir un balayage Sweep par d cade avec 100 points par d cade de 10 Hertz 10000 Hertz Valider et placer cette directive sur la feuille de sch ma Pour information au menu View demander a voir la SPICE NetList C est ce qu il fallait saisir avant que les simulateurs Spice n aient d diteur graphique Analyse fr quentielle en gain phase et groupe delay Lancer la simulation Run une fen tre de trac avec la fr quence en abscisse appara t Clic droit sur cette fen tre pour ajouter un trac Add Trace et diter l expression V s V n001 V s pour la tension l tiquette s V n001 pour la tension au n ud 001 non tiquete Le rapport des deux tensions est la fonction de transfert du filtre passe bas du premier ordre 20dB par d cade ou 6dB par octave Avec 1kQ et LUE la fr quence de coupure 3dB est de 1 27 R C 159 Hertz Appara t alors un lieu de Bode avec en trait plein le gain en d cibels et en trait pointill la phase en degr s En balayant le trac avec le curseur les coordonn es point es sont chiffr es au bas
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