Mélangeur (électronique)

Un mélangeur est un circuit permettant de combiner plusieurs signaux contenant des informations différentes en électronique analogique.

Mélangeur sommateurModifier

 
Mélangeur sommateur inverseur.

En technique audio et vidéo, un mélangeur est un circuit à deux ou plusieurs entrées, dont la tension de sortie est la somme pondérée des tensions appliquées à ses entrées. Ce circuit est l'élément minimal d'une console de mixage ou d'un mélangeur vidéo[1].

 

Vs est la tension alternative de sortie, V1, V2, V3… les tensions alternatives appliquées aux entrées 1, 2 , 3… ; a, b, c… sont des coefficients constants, qui peuvent être égaux ou différents.

Un mélangeur se réalise de façon optimale par un circuit dont l'entrée est en courant (impédance aussi basse que possible) et la sortie proportionnelle au courant entrant, chaque source contribuant selon son impédance de sortie. L'entrée en courant garantit que les sources ne réagissent pas les unes sur les autres : leur point commun est toujours à zéro en tension.

Un amplificateur opérationnel idéal possède un gain infini, une impédance d'entrée infinie et une impédance de sortie infinie. Si l'on raccorde la sortie à l'entrée inverseuse et l'entrée non inverseuse à la masse, on garantit que la différence de potentiel entre les entrées est nulle, puisqu'en la multipliant par le gain, on arrive à une tension de sortie finie. L'impédance d'entrée, quotient de cette différence de potentiel par l'intensité, est donc nulle. L'impédance d'entrée étant infinie, tout le courant d'entrée passe par la résistance de bouclage R, et la chute de tension produit un signal inversant la somme des courants d'entrée.

Dans ce montage inverseur, le quotient de la tension d'entrée Vn par la résistance Rn détermine le courant qui vient de l'entrée n s'ajouter à celui des autres entrées et va traverser la résistance R et donner le signal de sortie :

 

Autrement dit, le rapport de la valeur des résistances R1, R2, R3… à celle de la résistance de contre-réaction R détermine le courant le coefficient du signal de chaque entrée.

 

En général, ce coefficient est égal pour toutes les sources, dont on fait varier le niveau par un potentiomètre suivi d'un tampon. Des amplificateurs intégrés spéciaux, dits à transconductance[2] ou à transadmittance[3], dont le courant de sortie est proportionnel à la tension d'entrée, permettent d'effectuer la somme directement sur une entrée à basse impédance. Ces circuits peuvent être symétriques dans une grande console de mixage.

Mélangeur non linéaire, multiplieurModifier

 
Mélangeur non linéaire.

En techniques radio, TV, etc. on nomme mélangeur un circuit, plus proprement appelé multiplieur[4], auquel on applique deux tensions d'entrée, V1 et V2. La tension de sortie est le produit et non la somme des tensions d'entrée.

Si V1 et V2 sont des signaux sinusoïdaux de fréquences F1 et F2, on retrouve dans le signal de sortie des composantes non seulement aux fréquences d'entrée (comme c'est le cas pour un mélangeur sommateur), mais aussi des composantes à des fréquences F1 + F2 et | F1 -F2 |, dont les amplitudes sont proportionnelles au produit des amplitudes des signaux d'entrée.

Par conséquent, si le signal V1 est un signal modulé, dont le spectre est composé d'une porteuse accompagnée de deux bandes latérales, on retrouve le spectre décalé en fréquence (voir schéma). Le mélangeur sert généralement à décaler vers une fréquence plus basse le spectre du signal d'entrée, de façon à permettre une amplification plus aisée. Un filtre élimine les composantes inutiles, aux fréquences F1, F2 et F1 + F2.

Le mélangeur, qu'on peut appeler dans ce cas mélangeur de fréquence[5] ou changeur de fréquence[6] est un élément-clé de la structure de récepteur dit superhétérodyne ; celle-ci est utilisée dans les récepteurs de radiodiffusion, de télévision, de communications satellites (GPS, GSM...), dans les radars etc.

Mélangeur symétrique et équilibréModifier

Les mélangeurs peuvent être réalisés avec différents composants : tubes, transistors JFET ou bipolaires, diodes. Dans tous les cas, c'est la non-linéarité de la caractéristique tension de commande / courant de sortie qui est utilisée pour obtenir l'effet désiré.

Dans de nombreuses applications, le mélangeur est réalisé avec un seul élément actif, et l'on élimine toutes les composantes indésirables à l'aide d'un filtre passe-bande.

Toutefois, le filtrage est difficile dans certaines applications, quand les fréquences sont trop proches.

Le mélangeur symétrique utilise deux éléments actifs (souvent des JFET) attaqués par des signaux déphasés. Il permet d'éliminer une des fréquences d'entrée.

Le mélangeur équilibré utilise 4 éléments actifs (souvent des diodes appariées) et il permet d'éliminer les deux fréquences d'entrée, ne laissant donc que les composantes "somme" et "différence".

Notes et référencesModifier

  1. Commission électrotechnique internationale, « Diffusion audiovisuelle: son, télévision, données », dans IEC 60050 - Vocabulaire électrotechnique international, (lire en ligne), p. 723-02-09 « mélangeur (de signaux de programme).
  2. Par exemple (en) « NE5517, NE5517A, AU5517 : Dual Operational Transconductance Amplifier » (consulté le ).
  3. Bogdan Grabowski, Fonctions de l'électronique, Paris, Dunod, , p. 26
  4. Michel Fleutry, Dictionnaire encyclopédique d'électronique anglais-français, La maison du dictionnaire, (ISBN 2-85608-043-X), p. 546.
  5. Commission électrotechnique internationale, « Dispositifs électriques et magnétiques : dispositifs électriques particuliers », dans IEC 60050 - Vocabulaire électrotechnique international, (lire en ligne), p. 151-13-69 « mélangeur (de fréquences).
  6. Fleutry 1991, p. 525.