Mesure du THD d'un ampli

[invitef4842856]

Bonjour @ tous,

Dans le cadre de mon TIPE j'essaye cette année de mesurer le THD d'un ampli classe D.
Je sais qu'il existe une section spécialement consacrée aux TIPE mais je pense que mon sujet a plus sa place dans la section éléctronique car il porte exclusivement dessus.

Je vais donc essayer de mesurer le THD d'un petit module mono classe D annoncé avec un THD de 0.05% par le constructeur.

Je vais probablement utiliser ma carte son comme source car elle possède un THD suffisamment bas (0.001%) pour que la mesure soit correcte.

A cette fin je vais essayer de le faire d'abord manière simple en utilisant un logiciel dédié : Right Mark Audio Analyser (j'essayerai ensuite de le faire "à la main").

http://audio.rightmark.org/products/rmaa.shtml

Pour cela il faudra que je branche la sortie de ma carte son sur l'entrée de l'ampli et la sortie de l'ampli sur l'entrée de ma carte son.

Mais:

1°) Il faut que je fasse attention à ne pas griller l'entrée de ma carte son et également à ce que les impédances des 2 appareils soient adaptées.

2°) Je veux pouvoir comparer les résultats expérimentaux avec ceux du constructeur. Il faut donc que la mesure soit réalisée pour une puissance de sortie de 1 W en charge.
Mais si je veux prélever le signal de sortie pour mesurer je vais dériver une partie du courant et don fausser la mesure, non ?

Comment faire pour respecter ces 2 derniers points ? Est-ce que l'utilisation d'un AOP en montage suiveur serait une solution ?

Merci d'avance pour votre aide
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[invitee05a3fcc]

La sortie ligne de carte son à une impédance faible donc pas de probléme pour attaquer ton ampli en test.
L'entrée ligne de carte son à une impédance élevé donc pas de probléme pour lire la sortie de ton ampli (chargé par 4 ou 8 ohms).

Par contre la sortie 1W sur 8 ohms (3Veff) est trop élevé et il faut mettre un pont diviseur (genre 1000/47)

[invite10554f55]

Hi
Ce soft est pas mal aussi pour la distorsion, très simple à utiliser.
VisualAnalyser8.14
http://hacca.altervista.org/
et gratos !!

[invitea3c675f3]

Je crains que tu rencontres pas mal de problèmes car
1) la sortie d’un classe D est pauvrement filtrée, on compte sur le HP pour ne passer que l’audio et à l’oreille humaine pour filtrer le reste.
2) Elle est en général symétrique, il te faudrait donc un ampli différentiel avec peu de distorsion.
3) Pas sûr que une carte son puisse servir de géné et de distorsiomètre.

[A voir en vidéo sur Futura]

[BastienBastien]

bonjour,

Le MIEUX, ce serait pas d'utiliser un GBF, avec un FFT ? Ainsi, on regarde à la fois, sur l'analyseur de spectre, la FFT du GBF et celle de la sortie de l'ampli (chargé avec du 4 ou 8 ohms). La comparaison donne la distortion.

Est-il possible de faire des opérations mathématiques sur les analyseurs de spectre, genre "soustraction de FFT" ?

[invitef4842856]

2) Elle est en général symétrique, il te faudrait donc un ampli différentiel avec peu de distorsion.

=> Désolé mes avec mes maigres connaissances je ne comprends pas ce que tu veux dire...Tu pourrais m'expliquer un peu ?

Normalement pas de problème pour la carte son c'est le genre home-studio donc ça devrait faire l'affaire. Ses caractéristiques sont ici :

RME Digi 96/8 Pad

Le MIEUX, ce serait pas d'utiliser un GBF, avec un FFT ? Ainsi, on regarde à la fois, sur l'analyseur de spectre, la FFT du GBF et celle de la sortie de l'ampli (chargé avec du 4 ou 8 ohms). La comparaison donne la distortion.

Est-il possible de faire des opérations mathématiques sur les analyseurs de spectre, genre "soustraction de FFT" ?

On a des oscillos au bahut qui permettent de soustraire des signaux et de les décomposer en séries de Fourier...Mais malheureusement, un GBF n'est pas une source suffisamment "pure" pour faire une mesure correcte.



@ Lemmy: Merci beaucoup pour le logiciel !

[BastienBastien]

On a des oscillos au bahut qui permettent de soustraire des signaux et de les décomposer en séries de Fourier...Mais malheureusement, un GBF n'est pas une source suffisamment "pure" pour faire une mesure correcte.

Ah oui, j'avais même pas pensé à faire une soustraction comme ça. CH2 - CH1 => FFT. Roulezzzz.

Donc, même si le sinus n'est pas pur, ça ne pose pas de problème. Non ? Tant que le système (ici, l'ampli) est en fonctionnement linéaire, y'a pas de problème car CH2 = k * CH1 (avec k un réel supérieur ou égal à 0). Ce qui donne, comme FFT tracée : k * CH1 - CH1 = CH1 ( k - 1).

Je dis peut être n'importe quoi ! C'est juste une idée à creuser. Quelqu'un peut-il donner son avis là dessus ?

[invitea3c675f3]

Un distorsiomètre est fait d’un oscillateur sinusoïdal très pur à niveau réglable.

Ce sinus pur entre dans l’ampli.

En sortie, on retourne au distorsiomètre. Ce dernier a un potentiomètre en entrée et une aiguille donnant le niveau; on ajuste le pot pour lire 100%; on ne retouche plus à ce pot.

Un interrupteur place entre le pot et l’aiguille un filtre rejetant la fréquence (en général 1kHz) que l’oscillateur envoie.

On ajuste je reject pour obtenir sur l’aiguille le niveau le plus bas possible et on lit sur l’aiguille graduée en % la distorsion de l’ampli.

Naturellement, les distorsiomètres modernes font ça automatiquement et affichent sur des sept segments au lieu d’une aiguille; mais à l’intérieur c’est fait pareil.

www.pi-usa.com/pdf/AA-51a-04.pdf

L’ampli qui ne reçoit que du 1000Hz ne devrait sortir que du 1000Hz, mais tout défaut de l’ampli (palier au passage par zero; écrêtage; non-linéarité) va créer des harmoniques à 2kHz, 3kHz, 4kHz… et ce sont ces harmoniques qui sont la distorsion et que lit l’aiguille. Une chose fabuleuse qu’à un distorsiomètre et qui en fait bien plus qu’un simple appareil, un outil pour étudier l’ampli est une petite sortie BNC qui est la sortie du reject. Cette sortie se regarde au scope, CH1 le signal sinus, CH2 la sortie du rejet et montre avec précision le type de distorsion que l’on a.

Ce que je voulais dire est que les distorsiomètres que je connais fonctionnent sur un signal référencé à la masse alors que les amplis classe D que j’ai vu ont deux sorties symétriques; mettre un simple transfo n’est pas très régulier, quand le signal que l’on veut mesurer, la différence entre un sinus pur disons à 5Veff et ce qu’on a à la sortie de l’ampli est de l’ordre dune dizaine de mv. Un transfo a de l’hystérésis et il est probable qu’en dessous de 0,1% de distorsion de l’ampli, ce soit en réalité la distorsion du xfo que l’on mesure.

Pour ce qui est de transformée de Fourier, il n’y a pas de lien à ma connaissance entre le niveau des harmoniques et la distorsion.

Dans le cas de Sclarckone, d’une part il y a le problème des sorties symétriques, d’autre part, en matière de classe D, comme la sortie normale est un H.P. et ultimement l’oreille humaine, les restes de switching à 100kHz ne dérangent ni le H.P. ni l’oreille, par contre, le distorsiomètre va les mesurer et indiquer une distorsion bien supérieure à la réalité.

Pour mesurer précisément, il faudrait en plus d’un ampli différentiel, un filtre coupant au delà de 20kHz, le tout avec une distorsion bien inférieure à celle qu’on veut mesurer.

[Jack]

Pour ce qui est de transformée de Fourier, il n’y a pas de lien à ma connaissance entre le niveau des harmoniques et la distorsion.

La définition de la THD est directement liée à l'amplitude des harmoniques puisqu'il s'agit du rapport de la tension efficace de la somme des harmoniques sur la valeur efficace du fondamental.

A+

[invitea3c675f3]

D’accord avec toi Jack, sauf que devant un analyseur de spectre, je serais bien en mal de déterminer si c’est 0,1 ou 0,05% de distorsion.

De plus le distorsiomètre lit la distorsion plus le bruit; l’analyseur extraie l’herbe de l’ivraie.

[Jack]

C'est sur qu'il ne faut pas compter sur une grosse précision avec une mesure par FFT.

C'est juste ta phrase qui disait qu'il n'y avait pas de lien entre les harmoniques et le THD qui m'avait interpelé

[invitef4842856]

Les concours approchent et il va falloir que je passe à la pratique...

J'ai trouvé sur le net le schéma d'un filtre réjecteur donné dans un exercice visant à mesurer un THD.



Est-ce qu'en utilisant un tel filtre je ne perturberai pas trop le signal de sortie pour pouvoir mesurer correctement le THD de mon ampli ?

Encore merci pour votre aide.

[invitea3c675f3]

Pour faire un distorsiomètre il te faut un filtre très très creux :

Si tu cherches à mesurer 0,01%, ça signifie que ton rejet doit aller au moins dix fois plus creux soit atténuer de 100 000 (100db!) donc, pour ton filtre achètes les capas du même lot et fais la 2C par deux caps en parallèle; potars dix tours et résistances ajustées ou triées.

Mais bien sur, il te faut aussi un générateur avec une distorsion de 0,001%, sinon, tu mesures la distorsion de ton géné! Et évidemment stable en fréquence.

Si tu y arrives, donne les schémas sur le site, il y aura du monde intéressé, j’en suis sûr!

[BastienBastien]

Hello,

Un filtre à capacité commutées ne serait-il pas plus performant ?


Voir : http://www.greyc.ensicaen.fr/~routou...pa_commut.html

Le TP illustre ce principe en proposant deux applications :

* La réalisation d'un filtre passe-bas à fréquence de coupure programmable.
* La réalisation d'un distorsiomètre utilisant un filtre intégré à capacité commutée (circuit MF10).

[invite0324077b]

pourquoi tant se casser la tete ?

filtrer c'est bon avec un distortiometre analogique

avec la carte son du pc l'entrée micro enregistre tout et le logiciel fait le traitement

il faudra bien que le logiciel limite la bande passante a ce qui est utile et ne compte pas comme distortion les composante a frequence trop hautes donc inaudible

bien sur la carte son ne poura mesurer que des distortion superieure a ses propres defaut : si l'entrée micro a deja 1% de distortion a elle toute seule elle ne poura mesurer que des ampli bien plus mauvais

la premiere chose a faire sera donc de mesurer la distortion d'une connection directe entre sortie et entrée de la carte son

si la carte son integrée de ton ordinateur manque de qualité il parait qu'il y a des carte sont externe usb de qualité audio bien superieure

si ton ampli est a sortie differentielle il est possible d'utiliser l'entrée micro stereo comme une entrée differentielle avec un logiciel qui calcul la difference entre l'entrée droite et gauche

[invitea3c675f3]

@ Bastien :

J’ai joué avec un filtre à capa commutée MF5CN et j’ai trouvé ses performances et sa facilité de mise en œuvre impressionnantes.

Par contre au scope on observe sur le signal de sortie un découpage que je crois être la fréquence Clk.

Je crains qu’avec un tel filtre on rejette bien le 1kHz mais qu’on fabrique en sortie un 50kHz qui n’était pas là.

Mais je suis loin d’être expert de ce genre d’IC.

[BastienBastien]

Bonjour à tous,

Louloute, je suis bien trop débutant pour avoir joué avec ce genre de bébête.

Mais ce que tu dis est décevant. Peut être un filtre passe-bas non-intégré, en cascade, permet de résoudre le problème. Mais c'est pas très sexy : un filtre à capa commutées devraient faire les choses bien comme il faut.

On dirait que tu n'es pas le seul à avoir le problème. Tu as vu, dans le lien que j'ai donné en #14 ?

Ce montage permet de comprendre le principe d'une capacité commutée réalisée à l'aide des deux interrupteurs et de la capacité C3. Ces interrupteurs sont commandés grace à un signal carré (0-10V). Les AOP U1, U6 et U11 effectue une adaptation d'impédance. Le filtre passe-bas R1-C9 élimine la composante résultant des commutations.

[alayn91]

Bonjour,

Deux possibiltés pour mesurer la THD d'un ampli classe D:
- Un analyseur spécifique, du type Audio Precision:
http://ap.com/products/ats2.htm

- Un analyseur de distorsion standard précédé par un filtre:
http://www.irf.com/technical-info/appnotes/an-1071.pdf
Voir page 10.

Salutations.
alain.

[invitef4842856]

Rebonjour à tous

Je déterre ce sujet car j'ai du nouveau et l'épreuve de TIPE approche...

J'ai réalisé la mesure avec un ma cs et RMA et j'ai eu plusieurs suprises:

- La 1ère c'est qu'en utilisant un pdt (pour ne pas griler l'entrée de la cs); le logiciel me dit que le signal d'entrée est trop faible. Il m'a fallu prendre directement la tension aux bornes du hp pour avoir un signal suffisamment puissant !

- La 2ème c'est que j'ai mesuré un THD d'environ 4% alors que je m'attendais à un résultat de l'ordre de 0.01% !

Alors question à ce propos: qu'est-ce qui pourrait rajouter des harmoniques à ce point alors qu'il n'y a dans le circuit avec l'ampli que des câbles et des résistances ?


Et sinon j'ai jeté un oeil au filtre à capa commutées et l'avantage que je lui trouve c'est de pouvoir choisir la fréquence rejetée...Mais comme celle-ci est fixe dans mon cas (1 kHz) quel est l'intérêt ? Est-ce qu'il est extrêmement séléctif ?

De plus, comme il va m'être difficile de me procurer un circuit MF10 (surtout dans le temps qu'il me reste), est-il possible de concevoir un filtre réjecteur suffisamment sélectif avec passe-bas et passe-haut du 1er ordre en série ?

Merci pour votre aide

[invitef4842856]

Pour l'explication du THD anormalement élevé j'ai une petite idée que je voudrais vous soumettre.

Comme j'ai pris un bout de RCA pour relier la source à l'ampli, le câble qui relie les 2 n'a donc plus une impédance de 600 Ohm. Il n'y a donc plus adpatation d'impédance. Alors se pourrait-il que du coup le fondamental soit très mal transmis et les faibles harmoniques générées par la CS beaucoup mieux ?

[invitef4842856]

Idem pour la liaison HP -> CS...j'imagine que la l'entrée de la CS a une impédance de 600 Ohms alors que celle du HP est de 8 (ou 4) et celle du câble sûrement encore différente.

(PS: désolé pour le triple post mais vu que l'on ne peut plus éditer les messages passé 5 minutes je n'ai pas eu le choix...)