Filtres d'alimentation

Les filtres secteurs deviennent de plus en plus nécessaires. Il y a dix ou vingt ans, la plupart des appareils domestiques avaient une alimentation linéaire ou étaient simplement alimentés en alternatif (éclairage incandescent). Ces appareils ne produisent pas de parasites sur le réseau.

Maintenant, pratiquement tous les appareils ont une alimentation à découpage: chargeur pour smartphone, téléviseur, laptop, desktop, éclairage led, panneaux photo-voltaïques,... A chaque moment de la journée des dixaines d'appareils sont branchés sur le secteur. Ces appareils produisent des parasites (même quand la charge n'est pas connectée).

Il y a trois types de parasites:

• Nous avons d'abord les distortions harmoniques de la tension de secteur: au lieu d'avoir un beau signal sinusoïdal, on a un signal déformé causé par les différentes charges sur la ligne (et même un alternaneur ne produit pas un signal parfatement sinusoïdal). On mesure ce type de déformation en mesurant les harmoniques, en fait on analyse la composante 50Hz et la valeur des composantes de 100Hz, 150Hz, etc. Ces déformations sont inévitables, mais heureusement elles sont automatiquement éliminées lors du redressement et du filtrage.

  Les condensateurs se chargent à la tension maximale et redonnent leur tension entre deux pics de charge. Si la valeur des condensateurs est suffisante (100µF par canal pour un petit ampli push pull de 15W) l'ondulation résiduelle ne se remarquera pas. Dans les amplis où on tente d'éliminer le bruit au maximum, on va placer des résistances de faible valeur en série sur les diodes de redressement (il n'est pas nécessaire d'utiliser des tubes de redressement), valeur de 100Ω environ. Ce sont les résistances cyan sur le schéma de la page des alimentations.

  Et j'oubliais: l'alimentation haute tension produit également une distortion harmonique sur le réseau à cause de son facteur de crête assez desastreux. C'est une des raisons pour lesquelles on utilise de moins en moins d'alimentations linéaires.

• Nous avons ensuite les parasites du secteur: ils s'agit généralement de pics de tension différentiels (présents par rapport à la masse). Ils sont produits par certains appareils: moteurs à charbons, circuits d'allumage,... Tous les appareils où de forts pics de tension peuvent apparaitre. Ces pics de tension traversent le transfo par la capacité des bobinages et se retrouvent sur tous les composants. Ce sont principalement les amplificateurs PPP (Paralel Push Pull ou Circlotron) qui par leur montage avec masses d'alimentation flottantes sont sensibles à ce type de parasites.

  Pour éliminer les distortions en mode différentiel, il faut s'assurer que les parasites ne traversent pas le transfo: il faut disposer d'un transfo avec écran électrostatique (relié à la masse locale). Tous les transformateurs d'antan avaient un tel écran, car les tubes étant haute impédance sont plus sensibles à ces parasites. En plus de l'écran électrostatique entre primaire et secondaire on peut placer de petits condensateurs de 10nF connectés entre chaque fil du bobinage secondaire et la masse.

• Et finalement nous avons les bruits à la commutation, il s'agit de parasites internes qui apparaissent lors de la commutation des diodes de l'alimentation. En effet, au moment où la diode ne conduit plus, le circuit devient haute impédance et le secondaire devient un circuit accordé qui produit une oscillation amortie.

  La même solution qui a été citée ci-dessus élimine ces parasites (C de 10nF à la masse). Un filtre boucherot a un effet similaire (100nF et résistance de 22 à 47Ω en parallèle sur le bobinage).

Ce type de filtre est présent sous forme de petit boitier métallique dans certains appareils ou sous forme de composants discrets dans les alimentations à commutation. Le bon fonctionnement du filtre dépend de la qualité de la masse: si elle est fortement perturbée, elle va "injecter" des parasites sur la ligne d'alimentation au lieu de les éliminer.

Un autre filtre à droite se présente comme un condensateur X2 normal, mais contient les condensateurs de filtrage (0.1µF entre conducteurs de courant, et 2.5nF entre conducteurs et masse) et les deux selfs (4mH) dans un seul boitier en plastique. Il s'agit d'un appareil dont la masse n'est pas apportée par le réseau électrique, mais par l'antenne (il s'agit d'un filtre en provenance d'un décodeur).

Le dernier filtre (photo) est un filtre intégré à une alimentation d'un magnétoscope (en violet). La masse provient du cable d'antenne, puisque le magnétoscope est alimenté sans prise de terre. Les deux selfs forment un seul composant.

Un composant qu'on retrouve sur certains sites de vente d'hifi ésotérique, c'est le filtre DC block. Un filtre totalement inutile. S'il aurait été utile, les fabricants l'auraient intégré à leur installation.

Phase, neutre, masse et terre

Il y a d'abord le neutre qui est le conducteur électrique qui est mis à la masse dans le dernier transfo du réseau. Il a donc en théorie un potentiel nul par rapport à la masse. Mais comme ce cable transporte de la puissance, il se développe une légère tension sur le conducteur, qui alors ne se trouve plus au niveau de la masse, mais porte une tension alternative de quelques volts. Il s'agit souvent d'un signal avec une amplitude très déformée par rapport à la masse locale.

En plus du neutre, nous avons la phase qui apporte la tension électrique (les réseaux modernes sont en effet asymmétriques vu par les utilisateurs monophasés). Dans certains cas, on peut réduire les distortions en tournant la fiche dans la prise (on remplace le neutre par la phase et inversément). Si l'appareil ne fait en théorie pas la différence entre le neutre et la masse (c'est de l'alternatif), le neutre est du point de vue du potentiel électrique plus proche de la masse.

Nous avons ensuite la masse ou PE (protective earth), qui est branchée localement à la terre via un pieu qui doit répondre à des normes assez strictes. Comme cette masse est locale, elle ne contient en principe pas de parasites, mais cette masse est utilisée par tous les appareils "mis à la masse": machines à laver, pompes,... Tous ces appareils produisent des parasites qui se propagent alègrement d'un appareil à l'autre via le cable de masse.

Ce qu'il nous faut pour un amplificateur, c'est une terre indépendante (ou pas de terre de tout, pour toute l'installation). La masse indépendante (reliée à la terre via un cable avec pieu indépendant) n'est pas souillées par les autres appareils qui utilisent également la masse. Les parasites en mode différentiel (ceux qui sont le plus difficiles à éliminer) sont alors envoyés directemenet à la terre via un conducteur séparé. Si vous habitez dans un appartement, essayez d'utiliser l'arrivée d'eau pour votre masse "électronique" car elle n'est pas contaminée par d'autres appareils qui utilisent la même masse (ne l'utilisez pas pour d'autres appareils).

Les petits appareils électroniques n'ont pas besoin de masse s'ils répondent à des normes strictes (distance entre parties sous tension et parties isolées du réseau). IL s'agit d'appareils dits "à double isolation", le symbole est repris à gauche.

Le fonctionnement à basse impédance réduit l'influence de parasites éventuels. Les amplificateurs à lampes ont par contre des composants à haute impédance qui sont sensibles aux parasites. Il faut donc mettre l'appareil à la masse, et pour bien faire à une masse distincte de la masse électrique de l'habitation.

Eliminer les masses multiples

Les appareils professionnels ont un interrupteur pour couper la connection de masse (ground lift) entre la masse de l'ampli et la masse du réseau électrique.

Si l'interrupteur est ouvert, il y a malgré tout une protection active sous la forme d'une résistance de fuite de valeur élevée (100kΩ). Cette résistance empèche que l'ampli ne flotte à un potentiel élevé par rapport à la masse du secteur quand aucun composant de la chaine n'est mis à la masse.

Parfois il n'y a pas de résistance de protection (à éviter), parfois il y a un petit circuit supplémentaire avec une résistance et un condensateur en série. La solution avec une seule résistance est la meilleure.

Si le transformateur d'alimentation a un écran électrostatique entre le primaire et le secondaire, il faut le connecter à la masse de l'ampli. On évite ainsi que des parasites du réseau électrique ne pénètre dans l'ampli via la capacité parasite entre primaire et secondaire.