Mini projet lectrique :Dtecteur de son :

Raliser par :

Imane Elmanssouri, Zakaria Tatbachi Oussama Atibi

Sommaire :Introduction I. Prsentation du dtecteur de son : 1. Schma 2. Pramplificateur pour microphone 3. Redresseur diode 4. Comparateur 5. Monostable (temporisateur) 6. Etage de sortie de puissance II. Alimentation III. Prototype IV. Circuit imprim 1. Ralisation pratique 2. Mise en boite Conclusion

Introduction :Le dtecteur sonore dont il est question ici est destin enclencher un magntophone ou allumer une ampoule filament, ds qu'un son, capt par un petit microphone, dpasse un niveau sonore prdtermin. La plage de sensibilit est trs tendue, le montage est capable de ragir une voix parle cinq mtres de distance du microphone. Bien entendu, une telle sensibilit n'est pas toujours dsire, et le montage dispose d'un rglage permettant d'adapter celle-ci vos besoins. J'ai ralis ce montage la demande d'un responsable d'un centre de vacance, qui souhaitait disposer d'un "avertisseur lumineux de dpassement de bruit" dans un rfectoire. Histoire de fixer une limite ne pas dpasser, avec les enfants prsents l'heure du repas. Pas facile, sachant que le jeu peut aussi consister faire le maximum de bruit pour allumer la lampe... Le tout est de fixer les rgles de faon prcise, n'est-ce pas ?

I. Prsentation du dtecteur de son :1. SchmaIl existe certes des circuits bien plus simples que celui-ci, et qui se contentent d'un seul transistor ou d'un seul circuit intgr comme lment actif. Autant le dire tout de suite, j'ai labor ce schma en ayant la volont d'avoir quelque chose de parfaitement reproductible et qui fonctionne bien tous les coups. Je n'ai pas cherch faire au plus simple, car dans le cas prsent, vouloir faire plus simple aurait pu tre synonyme d'embtements. Dans ce schma, aucun composant n'est vraiment critique, et prendre une valeur approche pour chacun d'entre eux ne devrait poser aucun problme. Le montage est compos de cinq parties distinctes, que je vais dcrire sparment : un pramplificateur pour microphone, un redresseur diode, un comparateur, un monostable (temporisateur), et un tage de sortie de puissance.

2. Pramplificateur pour microphoneLe prampli micro est bas sur l'emploi d'un transistor courant. Mais pourquoi donc ne pas avoir utilis le schma visible en page Prampli pour micro simple 001 ? Il est plus simple et devrait bien suffire, non ? C'est une bonne question. D'ailleurs, si vous y regardez bien, il n'y a pas normment de diffrences entre le schma du prampli 001 et celui de cette page. Les diffrences principales rsident dans l'ajout d'une rsistance R6 dans le circuit metteur du BC109 (Q1), afin d'assurer une bonne stabilisation thermique, qui garanti un fonctionnement stable mme avec de fortes variations de temprature ambiante. Comme cette rsistance est assez leve (vu son emplacement) et qu'elle diminue fortement le gain de l'tage d'amplification, un condensateur C2 de 100 uF lui est ajout en parallle. Ce dernier se comporte comme un circuit ouvert en rgime statique, et n'influence pas la polarisation en tension continu du transistor, et se comporte quasiment comme un court-circuit en rgime dynamique, c'est dire quand un signal BF est prsent en entre. Ce condensateur permet donc de "rcuprer" le gain perdu cause de la

rsistance d'metteur. La rsistance R5 de 12 KO joue sur la polarisation de base de Q1 et joue galement sur le gain, qui est ici voisin de 20 dB.. Si vous jugez ce gain insuffisant, vous pouvez augmenter la valeur de R5 jusqu' 220 KO, valeur pour laquelle le gain sera alors approximativement de 32 dB, soit 12 dB de plus. Le microphone utilis est de type capsule lectret, choisi pour sa compacit, sa grande sensibilit et son trs faible cot. Si vous prfrez utiliser un petit microphone dynamique de 200 ohms, vous le pouvez, mais dans ce cas, ne cblez pas les composants R1, R2 et C3, qui servent ici l'alimentation du micro lectret (ce type de micro besoin d'une alimentation pour fonctionner). La cellule RC compose de R1 et C3 est absolument indispensable, elle permet d'isoler l'alimentation du micro du reste du montage. Sans cette cellule de dcouplage, il y aurait de forts risque d'entre en oscillation de cet tage prampli. Notez que l'alimentation du transistor Q1 subit aussi un dcouplage assez nergique, pour les mmes raisons. Le signal amplifi ressort sur le collecteur du transistor Q1, et passe au travers d'un condensateur de liaison, destin empcher la tension continue prsente sur le collecteur de parvenir au potentiomtre de rglage de sensibilit qui fait suite.

3. Redresseur diodeLe redresseur diodes dont il est question ici est bas sur l'emploi d'un circuit intgr AOP de type LM358, qui amplifie encore un peu le signal BF avant de le redresser, c'est dire de le transformer en une tension continue proportionnelle l'amplitude du signal capt par le microphone. Cette section ne s'appuy pas sur la fameuse architecture o la diode de redressement est insre dans la boucle de contre raction de l'AOP afin de supprimer le seuil de conduction de la diode. Ici, pas besoin de cet artifice, que l'on laissera volontier des montages plus labors. Le signal traiter est prlev sur le curseur du potentiomtre RV1 qui sert ici de rglage de sensibilit, et est appliqu l'entre in verseuse de l'AOP U1:A, premire moiti du LM358. Le taux d'amplification de ce second tage est lev, sa valeur est dtermin par le rapport entre les deux rsistances R10 et R9, qui est ici de 100 (ce qui correspond 40 dB). Si la sensibilit du montage vous semble trop grande en situation pratique, n'hsitez pas baisser la valeur de R10, jusqu' 100K, voire moins. Une fois le signal BF amplifi de nouveau donc, il est appliqu sur la patie redressement proprement parler, constitue de C9, C10, D1, D2 et R14. Sur la cathode de D1 (point commun de D1, C10 et R14), on retrouve une tension continue qui est proportionnelle l'amplitude du signal BF appliqu l'entre du redresseur (point commun R10 / C9). Il ne reste plus qu' comparer cette tension variable, une tension de rfrence fixe, qui fixera le seuil de dclanchement du systme.

4. ComparateurC'est la section la plus simple de ce montage, elle ne fait appel qu'aux trois composants U1:B (seconde moiti du LM358), R15 et RV2. La sortie 7 de l'AOP U1:B est l'tat haut (12V) quand la tension prsente sur l'entre 5 (+) est suprieure la tension prsente sur l'entre 6 (-). Cette mme sortie est en revanche l'tat bas (0V) quand la tension prsente sur l'entre 5 (+) est infrieure la tension prsente sur l'entre 6 (-). La tension redresse applique sur l'entre 5 (+) tant d'autant plus leve que le son capt est fort, il y a bien un moment o cette tension dpassera la tension de rfrence (sur la borne 6) et fera basculer la sortie de l'AOP de l'tat bas l'tat haut. Vous comprenez donc qu'il y a un second rglage qui dterminera le seuil de dclanchement, et qu'il vous faudra trouver un bon compromis entre les deux rglages offerts par RV1 et par RV2. Notez cependant que vous pouvez tout fait, titre de simplification, remplacer le potentiomtre RV2 par une rsistance fixe de 1K 4K7, et ainsi ne conserver que le rglage de RV1. Personnellement, je prfre conserver ce potentiomtre RV2, qui simplifie les rglages dans des cas de sensibilit extrme.

5. Monostable (temporisateur)Cette partie a t ajoute afin de garantir un temps de dclanchement minimal, quelque soit le temps pendant lequel le signal sonore capt par le microphone a dpass le seuil de commutation. Le circuit est bas sur l'utilisation d'un monostable de type CD4528 ou CD4538, qui produit une impulsion de largeur parfaitement dfinie quand on applique sur son entre de dclanchement "positive", un front montant (niveau logique qui passe de l'tat bas l'tat haut), ce qui est justement le cas de l'tage qui prcde quand le son capt est assez fort. Le temps d'activation de la sortie (sa largeur d'impulsion) est dtermin par la valeur des composants C11, R18 et RV3, et peut tre ajust entre un peu moins de 1 seconde et une dizaine de secondes. Notez que c'est la seconde moiti du CD4528 (4538) qui a t utilise, et ce uniquement pour faciliter le routage du CI. La premire moiti aurait tout a fait convenu aussi ! Comme elle n'est pas utilise, les entres de dclanchement et de reset sont relies la masse, afin de rester un potentiel parfaitement fixe et ainsi viter de "baguoter" d'un tat un autre au bon vouloir de l'environnement ambiant (il est toujours ncessaire - et il faut en prendre l'habitude - de relier la masse ou au plus d'alimentation, toutes les entres non utilises des circuits logiques).

6. Etage de sortie de puissanceCet tage est indispensable pour pouvoir piloter des charges autres qu'une petite lampe basse tension ou une led. L'emploi d'un relais est ici justifi par le fait que le

circuit command peut tre inductif (magntophone K7 avec un transformateur pour son alimentation), ce qui poserait problme si la sortie s'tait faite avec un triac. Le relais est command par un transistor NPN de type universel, genre 2N2222. Ce transistor est protg par la diode D3 contre les surtensions provoques par le relais lors de sa dsactivation. Le relais doit tre choisi en fonction de la puissance consomme par l'appareil commander, ses contacts devront tre en mesure de supporter le courant commut. La led D4 sert de tmoin local, et est facultative. Pour garantir aux contacts du relais une plus longue dure de vie, une cellule RC srie (C13 / R19) a t ajoute en parallle sur les contacts, celle-ci vite la production d'tincelles lors des commutations.

I. AlimentationUne alimentation simple telle que celle dcrite sur la page Alimentation simple 001 est amplement suffisante. C'est celle que j'ai adopte, en fixant la tension de sortie 12V.

I. PrototypePrototype ralis sur plaque d'exprimentation :

A noter que sur la photo ci-avant, on n'aperoit pas les sections monostable et tage de sortie, que je n'avais pas besoin d'exprimenter tellement elles sont dj bien rodes ;-).

I. Circuit imprimDessin du circuit imprim termin.

1. Ralisation pratiqueCircuit imprim termin, a fonctionne.

Voyez ci-dessous la diode 1N4007 assurant la protection du transistor de commande du relais (diode de roue libre), avec ses pattes montes en dissipateur de chaleur, pour faciliter l'vacuation des calories (je ne le faisais pas avant d'avoir r ouvert aprs 20 ans de service quasi-continu, mon rgulateur dcoupage pour perceuse).

Et ci-dessous, le rseau RC de protection des contacts du relais, vitant l'tincelage.

2. Mise en boiteJ'ai opt pour un coffret Retex 4 en plastique, qui contient la totalit des composants et l'alimentation secteur. Le micro est dirig vers l'extrieur et est entour de caoutchouc pour absorber les vibrations. Les potentiomtres de rglages sont placs droite du boitier, l'arrive et la sortie commande secteur se font sur la partie gauche. La section alimentation secteur (redressement, filtrage, rgulation) est ralise "en l'air". Je sais, a fait moins beau qu'avec un circuit imprim.

Remarque : j'ai du entourer le relais lectromcanique de papier bulle afin

d'absorber un peu le bruit qu'il produit naturellement lors des commutations. Sans cela, et avec un rglage de sensibilit leve, le bruit provoqu par le relais au moment de sa fermeture, est capt par le micro... qui redclanche l'ensemble, assurant ainsi une boucle sans fin. Cela se produit encore quand la sensibilit est au max, mais difficile de faire autrement avec ce type de relais. Pour viter totalement ce phnomne, il faudrait un relais lectromcanique silencieux (hors de prix), ou un relais statique, qui a t rejet ici cause du type de charge qu'il doit tre possible de raccorder en sortie. Heureusement, la joyeuse troupe d'enfants sous "surveillance sonore" devrait produire plus de bruit que le relais, et il ne devrait pas y avoir besoin de pousser trop la sensibilit du dtecteur...

Conclusion :Au cours de ce mini-projet, jai pu claircir mais aussi revoir par la pratique ce que javais appris en cours. Ce projet ma donc intress par lensemble des domaines auquel il faisait appel.