DETECTEUR DE NIVEAU SONORE

Microphone à électret

                  Les microphones à électret sont des microphones électrostatiques, mais qui n’exigent pas de polarisation. Ils sont basés sur la propriété de certaines matières qui sont isolantes à l’état solide et conductrices à l’état liquide. En les gelant dans un champ électrostatique intense, on fixe les charges électriques. On peut ainsi obtenir des membranes de l’ordre de 10 mm qui, métallisées, jouent le rôle d’un condensateur chargé.

Sonorité des micros

                   Les micros possèdent tous des accidents plus oui moins prononcés dans leur réponse en fréquence, ce qui leur confère des sonorités parfois très différentes entre eux : certains ont des bosses marquées dans les aigus, d’autres dans les médiums, certains ont plus de graves, etc…. Il existe certes des micros possédant une réponse en fréquence presque plate, mais ces derniers sont souvent considérés comme « trop transparents » ou « trop froid ». La sonorité d’un micro peut être modifiée dans certaines proportions par le simple fait d’utiliser une impédance d’entrée inférieure sur le préamplificateur. Le fait d’abaisser l’impédance d’entrée d’un préamplificateur atténue généralement un peu les fréquences les plus aigues et les plus graves, et accentue les zones accidentées. Utiliser une impédance élevée permettra de conserver une réponse globalement plus linéaire et de relever du détail et de la clarté dans les aigus.

Alimentation en sens inverse

                Si au contraire on branche le générateur dans le sens inverse du cas précédent, on renforce alors le champ électrique interne, et on empêche le passage des porteurs majoritaires : les électrons libres sont repoussés dans la zone N et les trous dans la zone P ; on accentue donc la séparation des charges (zone de déplétion). Par contre, les porteurs minoritaires (trous pour la zone N et électrons libres pour la zone P) peuvent traverser la jonction et reboucler par le générateur : ils forment le courant inverse noté If qui dépend essentiellement de la température. Le champ extérieur repousse les charges qui vont se trouver à une distance sensiblement proportionnelle à |V|, créant ainsi une capacité proportionnelle à cette distance, donc à |V|. Cette capacité est inhérente à toute jonction de semi conducteurs, et va constituer la principale limitation au fonctionnement à haute fréquence des composants électroniques (diodes, transistors et circuits intégrés les employant).

Condensateur de liaison

                Les montages électroniques nécessitent presque toujours une polarisation, c’est-à-dire l’adjonction d’une tension continue, mais très souvent, ces montages sont attaqués par un signal alternatif (un signal audio, par exemple). On se retrouve donc avec des tensions continues et alternatives, qui ne doivent pas se mélanger. La solution à ce problème est fournie le condensateur de liaison, intercalé entre le générateur alternatif et l’entrée du montage. En effet, ce condensateur, du fait de sa réactance (ou impédance), va d’une part laisser passer les signaux alternatifs sans les perturber, et d’autre part empêcher le courant continu de traverser le générateur alternatif. Autrement dit, le condensateur de liaison sera assimilé, vis-à-vis du régime alternatif, à un court-circuit, et vis-à-vis du régime continu, à un circuit ouvert. La valeur de ce condensateur est calculée de manière à ce que son impédance, infinie au courant continu, soit négligeable aux fréquences délivrées par le générateur alternatif.

Fonctionnement de l’ensemble

                   Le microphone capte tous les bruits qu’il perçoit et le transforme en signal électrique. Cesignal sera ensuite amplifié jusqu’à un niveau suffisant par le premier amplificat europérationnel du boîtier LM358. La résistance variable permet de régler le gain d’amplification, qui sera déterminé par le rapport de valeur entre le potentiomètre et la résistance R3. Une fois amplifié, on filtre le signal ainsi obtenu, grâce au condensateur de liaison C4, afin d’éliminer la tension continue engendrée par l’utilisation de l’alimentation simple associée à une masse virtuelle. Cette tension est égale à la moitié de la tension d’alimentation. Le signal va ensuite subir un redressement simple alternance avant d’attaquer le comparateur de seuil. Les diodes D1 et D4 permettent de conserver uniquement l’alternance positive du signal audio amplifié, et le condensateur C3 qui fait suite permet de conserver la valeur crête des signaux audio, afin d’obtenir une tension continue lissée au lieu d’une suite d’alternances positives qui montent et qui descendent rapidement et qui provoqueraient à coup sûr des détections non franches (déclanchements entrecoupés). Le principe de fonctionnement de ce redresseur est identique à celui adopté dans les alimentations secteurs, avec une ou plusieurs diodes pour le redressement, et avec un condensateur de filtrage pour lisser la tension que l’on veut continue. Une résistance est ajoutée en parallèle sur le condensateur réservoir C3. Cette résistance (R8) permet au condensateur C3 de se décharger quand plus aucun son n’est détecté. Sa valeur pourra être modifiée en fonction du temps de relâchement souhaité. Il faudra l’abaisser si le temps de relâchement du circuit est jugé trop long, et inversement, il faudra l’augmenter s’il est jugé trop court. La tension continue lissée présente aux bornes de C3 est transmise au transistor Q1, qui est monté en collecteur commun et constitue un suiveur de tension à haute impédance d’entrée et faible impédance de sortie. Le potentiomètre RV2 permet de fixer le seuil de commutation à une valeur qui correspond à la sensibilité désirée. En plaçant le curseur plus près de la masse, la tension servant de seuil de comparaison va être plus basse, et le montage réagira donc avec un signal sonore beaucoup plus faible. Si le curseur du potentiomètre est au contraire du côté du pôle positif de l’alimentation, la tension servant de seuil de comparaison va être plus haute, et il faudra un son très fort pour faire basculer la sortie du comparateur. Ici, le potentiomètre RV2 est monté en diviseur de tension avec la résistance R10, et permet de limiter la valeur de la tension de seuil à 6V au lieu de 12V, ceci pour un réglage plus fin du seuil. La charge sera pilotée par le relais en fonction de son alimentation. Ce dernier étage est facultatif en fonction de la charge pilotée par le détecteur. Si la charge à piloter fonctionne avec une alimentation de 12V, on peut directement utiliser les connections émetteur et collecteur du transistor Q2 en guise d’interrupteur. Le relais doit être choisi en fonction du besoin en termes de puissance à commuter (courant et tension). Ce relais sera commandé au travers du transistor Q2, qui lui-même est protégé contre les surtensions provoquées par la bobine du relais au moment des commutations, par la diode D3 montée en inverse.

Table des matières

INTRODUCTION
CHAPITRE 1 : LES MICROPHONES
1.1. Généralités
1.1.1. Les microphones électrodynamiques
1.1.2. Les microphones piézo-électriques
1.1.3. Microphone électrostatique
1.1.4. Microphone à électret
1.2. La préamplification des microphones
1.2.1. Notion de masse virtuelle
1.2.2. Impédance d’entrée d’un préamplificateur micro
1.2.3. Avantages des micros à faible impédance de sortie
1.2.4. Sonorité des micros
CHAPITRE 2 : LE REDRESSEMENT
2.1. Généralités sur les diodes
2.1.1. Principe de fonctionnement
2.1.1.1. Equilibre de la jonction
2.1.1.2. Alimentation en sens direct
2.1.1.3. Alimentation en sens inverse
2.1.2. Caractéristique électrique
2.1.2.1. Caractéristique globale
2.1.2.2. Caractéristique directe (Vd>0)
2.1.2.3. Phénomène de claquage
2.1.2.4. Influence de la température
2.2. La diode, un dipôle non linéaire
2.2.1. Schéma équivalent
2.2.1.1. Diode idéale
2.2.1.2. Diode avec seuil
2.2.1.3. Diode avec seuil et résistance
2.2.2. Diode réelle à semi-conducteur
2.2.3. Association de diodes
2.2.3.1. En série
2.2.3.2. En parallèle
2.2.4. Point de fonctionnement d’une diode
2.3. Le redressement du courant alternatif
2.3.1. Redressement simple alternance
2.3.2. Redressement double alternance
2.3.2.1. Principe général
2.3.2.2. Pont de Graetz
2.3.3. Redressement avec tension continue
2.3.3.1. Redressement continu simple alternance
2.3.3.2. Redressement filtré double alternance
CHAPITRE 3 : NOTION SUR LES CONDENSATEURS
3.1. Définitions
3.2. Les différents types de condensateurs
3.2.1. Les condensateurs non polarisés
3.2.2. Les condensateurs polarisés
3.3. Principe de fonctionnement
3.4. Couplage des condensateurs
3.4.1. En parallèle
3.4.2. En série
3.5. Utilité des condensateurs
3.5.1. La réactance
3.5.2. Condensateur de liaison
3.5.3. Condensateurs de découplage
3.5.4. Condensateur de filtrage
CHAPITRE 4 : LES AMPLIFICATEURS OPERATIONNELS
4.1. Généralités
4.1.1. Présentation
4.1.1.1. Définition
4.1.1.2. Symbole et brochage
4.1.2. Les caractéristiques de l’AO
4.1.2.1. Le gain en tension
4.1.2.2. L’impédance et le gain en puissance
4.2. Application comme comparateur de seuil
4.2.1. Notion de comparaison
4.2.2. Principe de comparaison
4.2.3. Schéma de base
4.2.3.1. Comparateur
4.2.3.2. Trigger de Schmitt
CHAPITRE 5 : LE DETECTEUR SONORE
5.1. Introduction
5.2. L’étage d’entrée
5.2.1. Etude du microphone à électret
5.2.1.1. Généralités
5.2.1.2. Câblage du microphone à électret
5.2.1.3. Valeur des composants
5.2.2. La préamplification
5.3. Schéma électrique du montage
5.4. Fonctionnement de l’ensemble
5.5. Estimation économique
5.5.1. Coûts des composants
5.5.2. Main d’oeuvre
5.6. Circuit imprimé
5.7. Applications possibles
5.7.1. Enregistreur automatique
5.7.2. Interrupteur à commande vocal
CONCLUSION GENERALE
ANNEXE 1
ANNEXE 2
BIBLIOGRAPHIE
RENSEIGNEMENTS
RESUME

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