Réalisation d'un Theremin à lampes





Commande de volume



Réflexions préliminaires
Commande de volume : mécanique
Commande de volume : oscillateur
Commande de volume : principe de fonctionnement
Commande de volume : self de résonance
Commande de volume : test de fonctionnement






24. Comment régler le volume avec la main ?

Revenons un instant au schéma du premier Theremin ... les oscillateurs de pitch sont oprationnels, cela veut dire que la zone entourée sur le schéma suivant est ok :



Je vais maintenant m'occuper de l'oscillateur de commande de volume :



Le principe est plus simple : un oscillateur fait résonner une bobine qui est le primaire d'un transformateur dont le secondaire est une autre bobine. A la résonance, l'énergie transmise est maximale. Le secondaire alimente le filament d'une lampe montée en diode : cela veut dire qu'à la résonance, l'énergie est suffisante pour allumer le filament de cette lampe, la résistance interne de celle-ci est minimale et la tension de sortie +B3 est proche de la tension +B2.
Si on approche la main de l'antenne A2, la fréquence de résonance de la bobine primaire diminue (par effet capacitif), l'énergie transmise diminue d'auntat plus que la main est proche de l'antenne.
A la limite, main en contact avec l'antenne, l'énergie transmise est si faible que le filament de la lampe n'est plus du tout alimenté : la résistance interne de la lampe est très grande, la tension +B3 est très faible.
Pour être sûr que cette tension +B3 soit faible, on la "tire" à une tension négative -C produite par l'oscillateur dans le retour de grille.



25. Problème : lampes

Dans la première version, j'avais utilisé pour les 2 lampes des B406, qui sont des triodes à chauffage direct et qui peuvent fournir une intensité de saturation environ 20 mA.
Le problème, c'est que ces lampes sont antiques et donc qu'il me faut trouver des lampes plus faciles à trouver. Celle de l'oscillateur peut être une ECC82 comme pour les oscillateurs de pitch.
En revanche, pour la diode commandée, il me faut absolument une lampe à chauffage direct : il faut que la commande suive rapidement le mouvement de la main, et donc que le filament de la lampe est une intetie la plus faible possible.
Il faut aussi une lampe qui puisse drainer une intensité suffisante, dont le filament consomme pas plus que celui de la B406.

Voici les caractéristiques de chauffage de la B406 :



Le filament de la B406 demandait donc 0,4W. Il faut trouver une lampe qui a un filament qui consomme au plus cette valeur. D'autre part, il faut en choisir une dont la tension de chauffage est proche de 4V.



La 3Q5 est une bonne candidate : 2,8V/50mA si les 2 sections du filament sont mises en série, et 1,4V/100mA si elles sont en parallèle. Cela fait dans les 2 cas 0,14W.
Cela fait 1/3 de puissance à fournir par rapport au schéma version 1. Cela veut dire que l'oscillateur doit pouvoir être assuré avec une seule ECC82, mais si la puissance est trop juste, je pourrais toujours mettre les 2 triodes de la ECC82 en parallèle.

Voici le schéma que je me propose de câbler :



Et en pratique, je prévois de mettre les 2 triodes en parallèle et d'utiliser une 3Q5 en diode :



Notez les 3 raccords du transfo L42/L43 qui seront fait avec des boulons et des cosses. L43 peut coulisser autour de L42 afin de régler la puissance maximale transmise (sans brûler le filament de V4 !)
Plus L43 est proche de la borne "basse" de L42, plus l'énergie transmise est grande.
Pour le reste, le schéma est semblable aux oscillateurs de pitch, à ceci près que la fréquence est plus grande (plus de 400 kHz)



26. Commande de volume : mécanique

Il faut installer 2 supports de lampes, un CV, la bobine de l'oscillateur ainsi que le support de l'axe de commande :




Sur le dessus du châssis, on a les supports de lampes et les vis de fixation :


1 : support de V3, 2 : support de V4. Entourés en jaune : les vis de fixation de la bobine, en rouge celles du CV et en bleu les bornes qui relieront la bobine L43




La borne de liaison à L42




Le support de l'axe de commande du CV




L'axe de commande comporte un cardan pour compenser les différences d'alignement des axes



27. Commande de volume : câblage de l'oscillateur

Commençons par câbler l'oscillateur seul, c'est-à-dire les éléments autour de V3 :


Les bornes de la bobine oscillatrice ont été réalisées comme celles des bobines des oscillateurs de pitch




Les composants sont câblés sur un petit circuit pastillé ...




... qui s'installe à côté de la bobine




Il suffit de tout relier ...

Notez R42 qui n'est pas sur le petit circuit, afin de pouvoir facilement la changer pour ajuster la tension à ses bornes.



28. Commande de volume : essais de l'oscillateur

Passons aux essais. Je connecte l'alim +15V et le chauffage. J'en ai profité pour alimenter la EK90 sur le 12,6V au travers d'une résistance de 19 ohm environ plutôt que le filament d'une autre lampe comme précédemment.
Résultat : l'alim de labo indique 50 mA et la résistance R40 chauffe très vite. Je pense que je peux augmenter les résistances R41 et R42 car la polarisation n'est pas usffisante, les 2 triodes en parallèle consomment beaucoup trop.
Quelques modifications plus tard, voici le signal sur les anodes des deux triodes :


Plus de 200V càc ! Pas mal. La fréquence correspond à C44 à 50%.
Sur la premier version, la fréquence au repos, CV à 50% était de 470kHz. Pour l'instant, c'est bien, je laisse comme ça.
J'ai changé également R40 (2k7 / 2W), R41 (3k9) et R42 (1k5). Voici le schéma modifié :



Les tensions de polarisation sont importantes, mais lorsque V4 sera connectée et que l'ampli BF sera alimenté par V4, le courant dans R40 augmentera et la tension d'alim de l'oscillateur baissera et les tensions portées sur le schéma aussi.
Notez que le CV C44 permet de régler la fréquence de l'oscillateur de 433 à 483 kHz. Ces valeurs diminueront lorsque L42 sera connectée : sur la version 1, elle était de 420kHz avec la bobine de résonance L42.

Voici l'état actuel du câblage autour de V3, après les modifications et ce premier essai :


R40 est maintenant en dehors du circuit pastillé. La sonde de l'oscillo est connectée sur L40 (anodes)

Il faut maintenant connecter la self de résonance ...



29. Commande de volume : principe de fonctionnement

L'oscillateur est couplé à une bobine accordée grâce à une antenne formant capacité avec la main du musicien. Voici le schéma :


Schéma de l'oscillateur à self de résonance

Sur ce schéma, on voit que l'oscillateur attaque la bobine de résonance L42 qui est elle-même couplée à une bobine secondaire L43 alimentant le filament de la lampe V4.
La bobine L42 est en fait une sorte de détecteur de fréquence : on utilise le flanc de sa réponse en fréquence pour transformer un écart de fréquence et écart d'amplitude.
Voyons cela plus en détail :


Principe de la conversion "écart de fréquence <-> écart d'amplitude"

Lorsque la main est loin de l'antenne (en haut), on a réglé la fréquence de l'oscillateur juste un peu au-dessous de la fréquence de résonance du circuit L42 seul.
Comme la bobine L42 n'est pas ajustable, il faudra donc faire le réglage sur l'oscillateur : on cherchera la résonance qui est facilement détectable par une amplitude très grande et un fonctionnement un peu chaotique, puis on décalera un peu la fréquence de l'oscillateur (en la dimnuant un peu)
A ce moment, l'amplitude aux bornes de L42, et donc de L43, sera maximale (Amax) : le filament de V4 sera allumé normalement (2,8Veff)

Lorsqu'on va approcher la main de l'antenne (en bas), la capacité du circuit va augmenter, la fréquence de résonance de L42 va diminuer : la courbe va se décaler vers la gauche d'un écart de fréquence de Df.
La conséquence est que l'amplitude aux bornes de L42 et de L43 va diminuer et atteindre l'amplitude minimale (Amin) : le filament n'est presque plus alimenté, la lampe V4 va se bloquer.


Attention, il ne faut pas se tromper et régler la fréquence oscillateur juste en-dessous car le fonctionnement serait bizarre, puisqu'on passerait par la résonance. J'ai fait l'expérience et on obtient un joli fonctionnement chaotique !
Le réglage se fait lors de la manière suivante :

CV au maximum, on règle l'ajustable pour obtenir une fréquence proche de la résonance.
Puis on glisse la bobine secondaire pour obtenir 2,8Veff aux bornes du filament de V4 :


Réglage de la tension de chauffage de V4 : la hauteur h est de l'ordre de 15 mm


Lorsqu'on règle le CV à 50% on obtient alors environ la moitié de la tension de chauffage, 1,4V.

Passons à la réalisation des bobines ...



30. Commande de volume : self de résonance

L42 :


Cette self est différente de la première de part la fréquence de fonctionnement. Elle comporte 2 fois moins de tours environ. Elle est réalisée sur un tube de même diamètre que la première :


La bobine L42 comporte 700 spires de 15/100




Un support identique au premier a été imprimé en PLA




Son inductance est de 18 mH


L43 :


L43 doit pouvoir coulisser sur L42, tout en restant en position. J'utilise de la bande de mousse adhésive (qui servait à calfeutrer) :


On enroule la bande autour de L42 (1), la mousse contre la bobine, le côté adhésif à l'extérieur. On découpe une bande (2) de papier fort de 30 mm de large.




On enroule cette bande de papier sur le côté adhésif de la première bande de mousse




L43 est bobinée directement sur cette bande. Notez les arrêts du fil.




Le fil est encollé pour éviter qu'il ne glisse (colle vynylique)

Pour bien bloquer les fils, il faut renforcer à l'aide d'un petit rectangle de papier fort collé :





Voilà l'ensemble L42-L43 terminé :



31. Commande de volume : test de fonctionnement

Il faut câbler le filament de la lampe V4 :


Les connexions entre le support et les 2 bornes

L'ensemble des bobines est connecté au châssis :




Puis l'antenne est installée :


Notez la manière de positionner le fil provisoire reliant le tube de laiton à la connexion de L42.

Résultats :


Et bien, ça fonctionne, seulement la tension aux bornes de L43 dépasse largement les 2,8V ! On a beaucoup trop d'énergie, même si on glisse L43 tout en bas (h=0)
Pour éviter le risque de brûler le filament de V4, j'ai décidé d'ajouter un circuit formant une sorte de zener, un écrêteur formé de deux LED, ce qui en plus, indiquera la surtension :


Le circuit écrêteur. La résistance de 33 ohm sert à consommer un peu d'énergie.

Quand on règle le CV au maximum, les LED s'allument :



Dans ce cas, la tension de chauffage est nominale (2,8Veff). Quand on règle CV à 50%, la tension baisse à 1,4Veff : le filament est sous-chauffé, certes, mais la lampe va suffisamment conduire. On verra par la suite, s'il faut ajuster.

Voici le schéma modifié, comportant ce circuit écrêteur :


Schéma de l'oscillateur à self de résonance avec circuit écrêteur

Voilà, la circuit de commande de volume est opérationnel. On peut maintenant étudier la partie BF ....




à suivre : amplificateur BF