Mesure du bruit et Spice

Bonjour

Le bruit dans un circuit électronique est calculé en faisant la somme des puissances de bruit dans une gamme de fréquences qui s’exprime en W/Hz. On peut la ramener à la somme quadratique des tensions de bruit, exprimée en V/√Hz.
C’est cette deuxième méthode qui est utilisée par des logiciels comme Spice, qui mesurent et tracent le spectre de bruit, en tenant compte :
 
-Du bruit thermique des résistances parcourues par un courant, dit bruit de Johnson.
-Du bruit de Schottky ou bruit de tir ou encore IRL « shot noise » puisque tu aimes le rosbif. Il est lui aussi fonction de la variation aléatoire du courant dont la valeur efficace est proportionnelle à la racine carrée du courant qui traverse le semi-conducteur.
-Et également le bruit de scintillement (1/f)

Ce qui, in fine, n’est pas mal du tout, et reflète bien les mesures IRL.

Exemples :
NE5534 : Gain unitaire, entre 30Hz et 20KHz. Bizarrement, on trouve des résultats conformes aux data, c’est ce qu'un certain membre de ce forum appelle des mesures fantaisistes.


  NE5534 noise.asc.pdf (Taille : 12,97 Ko / Téléchargements : 9)

  NE5534 noise.raw.pdf (Taille : 31,98 Ko / Téléchargements : 11)

Le bruit total RMS (somme quadratique) donné par Spice est est de 470nV/√Hz dans la bande considérée.
 
LT1028 : Gain 1, entre 10Hz et 30Khz, mêmes valeurs que sur les data. Fantaisiste également.


  LT1028 noise.asc.pdf (Taille : 12,67 Ko / Téléchargements : 7)

  LT1028 noise.raw.pdf (Taille : 47,46 Ko / Téléchargements : 8)

Le bruit total RMS donné par Spice est de 120nV/√Hz  dans la bande considérée.

Maintenant, avec une résistance série en entrée de 1k sur le LT1028, afin de montrer que Spice prend également en compte leur bruit (Johnson) . On voit bien que celui-ci a augmenté, donc Spice prend bien en compte (ça peut se calculer) le bruit des résistances.


  Resistance noise circuit .asc.pdf (Taille : 13,13 Ko / Téléchargements : 9)

  Resistance noise.raw.pdf (Taille : 40,9 Ko / Téléchargements : 7)

Simulons à présent le circuit RIAA de D.S. page 313 de la 4eme édition, que voici, en utilisant une MC3 Turbo Ortofon : 300µH et 100R pour la bobine.


  D.S. RIAA page 313 .asc.pdf (Taille : 18,15 Ko / Téléchargements : 8)

  D.S. RIAA page 313 .raw.pdf (Taille : 29,04 Ko / Téléchargements : 9)

Avec un bruit à 1kHz en sortie (rouge) de 123nV/√Hz  et celui en entrée (bleu) de 4,1nV/√Hz  . Si l’on fait le rapport de ces 2 tensions, on trouve bien un gain de 30, soit 30dB, toujours de la fantaisie.

Lorsque nous remplaçons le 5534 du schéma par un LT1028, nous obtenons 75nV/√Hz  en sortie, pour 2,5nV/√Hz  en entrée, soit toujours un gain de 30dB. Toujours à 1KHz.


  D.S. RIAA LT1028 page 313 .raw.pdf (Taille : 12,63 Ko / Téléchargements : 7)

Les performances en bruit avec le LT1028 sont donc meilleures avec cette cellule, ainsi que toutes les cellules MC haut niveau du marché, mais également avec les MC bas niveau (comme la DL103 par exemple) qui obligent d'utiliser un transfo ou un prépré en amont. 

Nous sommes en fait très proches de ce que l’on trouve avec un analyseur de spectre ou un oscillo haut de gamme qui possède une bonne FFT.   

Spice (ou LTSpice) est donc un outil très puissant qui permet de s'approcher de l'IRL, pour reprendre l'expression favorite d'un membre de ce forum. Mais comme tous les outils, il faut savoir s'en servir. 

Donc, pour résumer : 
- Si vous utilisez une cellule MM classique dont la bobine une résistance série de 500R ou plus, avec une inductance (sa valeur est très importante) de l'ordre 500mH ou plus, le 5534 sera supérieur en termes de bruit. C'est indéniable.
- Si vous utilisez n'importe quelle bobine mobile, haut comme bas niveau, ainsi que les cellules Grado, le LT1028 sera supérieur, c'est indéniable aussi.